Një çip optik i programueshëm, i krijuar nga shkencëtarët, mund të ulë shpejtësinë e dritës sipas nevojës dhe t’u ofrojë inxhinierëve kontroll më të gjerë mbi përhapjen e sinjaleve optike në një qark. Teknologjia synon të mundësojë vonesat, sinkronizimin dhe ruajtjen e përkohshme të sinjaleve, funksione që nevojiten për ta bërë më praktik kompjuterizimin e bazuar te drita. Në të ardhmen, një çip i vetëm mund të zëvendësojë disa pajisje të veçanta, duke ulur potencialisht konsumin e energjisë, kostot dhe ndërlikimin e serverëve të inteligjencës artificiale dhe qendrave të të dhënave.
Të lidhura
None found
Qarku i ri i integruar fotonik është zhvilluar nga studiues të Universitetit Kombëtar të Seulit dhe Universitetit të Seulit dhe mund ta ngadalësojë dritën sa herë që kërkohet.
Në diagramin konceptual të qarkut të programueshëm fotonik CRIT paraqiten ndryshimet që pësojnë pulset optike në vonesën kohore dhe në karakteristikat e frekuencës gjatë kalimit nëpër qark. Krediti i takon Kolegjit të Inxhinierisë të Universitetit Kombëtar të Seulit.
Puna u drejtua nga profesorët Namkyoo Park dhe Sunkyu Yu, pjesë e Departamentit të Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike në Universitetin Kombëtar të Seulit. Në projekt bashkëpunoi edhe profesori Xianji Piao nga Shkolla e Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike në Universitetin e Seulit.
Zgjerimi i shpejtë i inteligjencës artificiale gjeneruese dhe i modeleve të mëdha të inteligjencës artificiale ka shtuar ndjeshëm kërkesën për fuqi kompjuterike në serverë dhe qendra të të dhënave. Gjysmëpërçuesit elektronikë konvencionalë po hasin vështirësi për ta përballuar këtë ritëm, për shkak të konsumit të lartë të energjisë dhe kufizimeve në shpejtësinë e transmetimit të të dhënave.
Kjo situatë ka nxitur interes më të madh për kompjuterizimin optik, ku informacioni përpunohet përmes dritës dhe jo nëpërmjet sinjaleve elektrike. Sisteme të tilla mund t’i transferojnë të dhënat me shpejtësi jashtëzakonisht të larta, ndërsa përdorin më pak energji.
Megjithatë, vetë drita krijon një vështirësi të rëndësishme. Meqë ajo udhëton natyrshëm me një shpejtësi të përcaktuar, sinjalet optike janë të vështira për t’u vonuar ose për t’u mbajtur përkohësisht në një pikë. Pa këto aftësi, realizimi i memories dhe i tamponëve për kompjuterët optikë bëhet problematik.
Për t’iu përgjigjur kësaj pengese, ekipi projektoi një qark fotonik të programueshëm që përcakton si shpejtësinë, ashtu edhe formën e sinjaleve optike. Krahasuar me propozimet e mëparshme, kjo metodë ofron më shumë mundësi përshtatjeje për të ashtuquajturën “dritë e ngadaltë”.
Qarqet e integruara fotonike po konsiderohen një zgjidhje premtuese për përpunim të shpejtë dhe efikas të informacionit përmes dritës. Por në qendrat e të dhënave, rrjetet e komunikimit optik dhe sistemet kompjuterike të së ardhmes, vetëm transferimi i shpejtë i sinjaleve nuk mjafton.
Sinjalet e ndryshme duhet të mbërrijnë gjithashtu në çastin e duhur. Për këtë arsye, në situata të caktuara një sinjal drite duhet të mbahet për pak kohë, në mënyrë që të sinkronizohet me informacionin tjetër që qarkullon në sistem.
Një nga mënyrat për të krijuar vonesa të tilla përdor transparencën e shkaktuar nga rezonatorët e çiftuar, të njohur si CRIT. Kjo teknikë mbështetet në ndërhyrjen ndërmjet disa rezonatorëve optikë.
Përmes CRIT, drita që ndodhet brenda një intervali të zgjedhur frekuencash mund të kalojë në pajisje, ndërkohë që shpejtësia e sinjalit optik zvogëlohet.
Transparenca e shkaktuar nga rezonatorët e çiftuar, ose CRIT, është një dukuri optike që, falë ndërhyrjes mes shumë rezonatorëve, transmeton dhe vonon në mënyrë përzgjedhëse dritën brenda një diapazoni të caktuar frekuencash.
Rezonatori optik është një pajisje fotonike që mban të kufizuar ose në qarkullim, për një periudhë kohe, dritën e një frekuence të caktuar. Ai përdoret për vonimin, filtrimin dhe modulimin e sinjaleve.
Një dobësi e pajisjeve tradicionale CRIT është se veçoritë e tyre të funksionimit zakonisht mbeten të pandryshueshme pas prodhimit. Si rrjedhojë, mënyra se si ato punojnë nuk mund të modifikohet lehtësisht pasi përfundon fabrikimi.
Nëse inxhinierëve u duhet një vonesë më e madhe e sinjalit ose një interval tjetër frekuencash, shpesh janë të detyruar të projektojnë dhe të prodhojnë nga e para një pajisje tjetër fotonike.
Mungesa e përshtatshmërisë i bën më komplekse pajisjet e komunikimit optik dhe infrastrukturën e qendrave të të dhënave. Sa herë kërkohen funksione të reja, ajo mund të sjellë gjithashtu rritje të kostove dhe zgjatje të kohës së zhvillimit.
Kjo pengesë merr rëndësi të veçantë për qendrat e të dhënave dhe serverët e inteligjencës artificiale të gjeneratës së ardhshme, ku sasi shumë të mëdha informacioni duhet të përpunohen në kohë reale. Për këtë shkak, komponentët optikë të kufizuar në funksione fikse vazhdojnë të jenë një nga problemet kryesore për zbatimin praktik të kompjuterizimit optik.
Ekipi ndoqi një rrugë tjetër projektimi. Dy gjendjet optike të sistemeve CRIT, të quajtura modaliteti i ndritshëm, ose bright mode, dhe modaliteti i errët, ose dark mode, u trajtuan si një shkallë e vetme dhe e integruar lirie. Në strukturë u përfshinë gjithashtu dy bashkues me unazë që mund të kontrollohen.
Kombinimi i këtyre elementeve solli një parim të ri për ndërtimin e qarqeve të integruara fotonike të programueshme. Konfigurimet e rezonatorëve, që më parë mbeteshin të fiksuara pas prodhimit, tashmë mund të ndryshohen për përdorime të ndryshme.
Me strukturën e re CRIT, studiuesit vërtetuan se përhapja e dritës mund të vonohet dhe të drejtohet sipas kërkesës. Ata treguan edhe se ndërhyrja ndërmjet modalitetit të ndritshëm dhe atij të errët mund të menaxhohet si një parametër i vetëm dhe i integruar projektimi.
Në këtë mënyrë u rrit ndjeshëm fleksibiliteti i qarqeve fotonike me rezonatorë, të cilat deri tani kufizoheshin nga konfigurimet e pandryshueshme.
Në nivel teorik, ekipi demonstroi se dy bashkuesit me unazë mund të rregullojnë gjerësinë e brezit dhe formën e brezit të kalimit të sinjalit. Përmes tyre mund të përcaktohet edhe kohëzgjatja e vonesës së sinjaleve, si dhe efikasiteti i udhëtimit të tyre nëpër qark.
Kështu, shpejtësia dhe sjellja gjatë transmetimit mund të rikonfigurohen në sisteme të plota me shumë rezonatorë, në vend që kontrolli të kufizohet vetëm brenda një rezonatori.
Edhe simulimet numerike treguan se shpejtësia e pulseve optike mund të ndryshohet në mënyrë dinamike ndërsa qarku vazhdon të punojë.
Sipas rezultateve, koha e vonesës së sinjaleve mund të rregullohet pa cenuar performancën e përpunimit. Sistemi është gjithashtu në gjendje të konvertojë frekuencën e dritës pa pasur nevojë për komponentë të tjerë të specializuar.
Një puls optik është një shpërthim i shkurtër drite që shërben si njësi bazë për transmetimin e informacionit në komunikimet optike dhe në sistemet kompjuterike.
Për të shqyrtuar mundësinë e ndërtimit të pajisjes CRIT në një platformë qarku të integruar fotonik prej nitridi silici, Si₃N₄, studiuesit përdorën simulime elektromagnetike tredimensionale.
Gjatë analizës u morën parasysh edhe disa faktorë realë që mund ta ndikojnë pajisjen në prodhim dhe gjatë përdorimit. Mes tyre ishin humbjet e materialit, ndryshimet në cilësinë e rezonatorëve, shpërndarja prapa e dritës, ose backscattering, luhatjet e bashkimit, gabimet e fazës në bashkuesit me unazë dhe ndërthurja termike, e njohur si thermal crosstalk.
Përfundimet e simulimeve sugjeruan se struktura e propozuar mund të ruajë funksionim të besueshëm edhe përballë kushteve të botës reale.
Qarku i integruar fotonik me nitrid silici, Si₃N₄, është një platformë udhëzuese që karakterizohet nga humbje të ulëta dhe stabilitet i lartë. Ajo përdoret gjerësisht në pajisjet fotonike të integruara dhe për përpunimin e sinjaleve optike.
Ndërthurja termike, ose thermal crosstalk, ndodh kur nxehtësia e prodhuar në një zonë të qarkut prek komponentët pranë saj dhe mund të ndryshojë performancën e pajisjes.
Studimi paraqet një platformë fotonike të programueshme që menaxhon në kohë reale si veçoritë kohore, ashtu edhe karakteristikat e frekuencës së sinjaleve të dritës.
Ky konfigurim mund të kapërcejë kufizimet e pajisjeve të zakonshme për vonesën optike, të cilat përgjithësisht janë ndërtuar për të kryer vetëm funksione të pandryshueshme. Rezultatet tregojnë gjithashtu se disa aftësi të rëndësishme mund të bashkohen përfundimisht brenda të njëjtit qark fotonik.
Funksionet që mund të përfshihen janë sinkronizimi i sinjaleve, linjat e rregullueshme të vonesës, tamponët optikë dhe konvertimi i frekuencës.
Parimet e këtij projekti mund të gjejnë përdorim edhe jashtë sistemeve CRIT. Sipas studiuesve, metoda mund të përshtatet për një gamë të gjerë qarqesh fotonike me rezonatorë dhe të shërbejë potencialisht si bazë për teknologji më të adaptueshme të përpunimit të sinjaleve optike.
Nëse arrin në fazën e komercializimit, një çip optik i vetëm dhe i programueshëm mund të realizojë disa detyra, nga përcaktimi i shpejtësisë së sinjaleve deri te kalimi nga një funksion në tjetrin.
Në këtë aspekt, pajisja mund të punojë në mënyrë të ngjashme me një sistem të përcaktuar nga softueri, duke e ndryshuar sjelljen në varësi të nevojave.
Një nivel i tillë fleksibiliteti mund t’i ndihmojë serverët e inteligjencës artificiale dhe qendrat e të dhënave ta përpunojnë informacionin me më shumë efikasitet dhe me konsum më të ulët energjie.
Integrimi i disa operacioneve të përpunimit të sinjaleve në një çip të vetëm mund të zvogëlojë gjithashtu përmasat dhe kostot e sistemeve të sensorëve dhe pajisjeve të komunikimit optik.
Në një horizont më të gjatë, teknologjia mund të ndihmojë sektorët që kërkojnë përpunim jashtëzakonisht të shpejtë të informacionit, përfshirë drejtimin autonom, komunikimet e gjeneratës së ardhshme dhe teknologjitë kuantike.
Namkyoo Park, profesor në Universitetin Kombëtar të Seulit dhe bashkautor korrespondent i studimit, tha se rëndësia e kërkimit qëndron te propozimi i një parimi të ri projektimi. Sipas tij, ky parim lejon që rrjedha e dritës brenda qarqeve të integruara fotonike të rikonfigurohet sipas nevojës, duke zgjeruar ndjeshëm fleksibilitetin e projektimit. Ai shtoi se ekipi synon ta zhvillojë teknologjinë drejt qarqeve të integruara fotonike të programueshme në shkallë të gjerë, të mbështetura në fotonikën e silikonit dhe teknologjitë e inteligjencës artificiale fotonike.
Autorët e parë të përbashkët, doktor Seungkyun Park dhe studenti i doktoraturës Beomjoon Chae, drejtuan hartimin e kornizës teorike dhe analizën numerike. Ata thanë se studimi u tregoi se rishikimi nga një këndvështrim tjetër i fizikës tradicionale të rezonatorëve fotonikë mund të hapë rrugën për zbulimin e funksioneve të reja në qarqet e integruara fotonike. Sipas tyre, kërkimi do të çohet më tej drejt zbatimit praktik të pajisjeve dhe vërtetimit eksperimental.
Dr. Seungkyun Park është i lidhur me Qendrën InnoCORE PICORE në KAIST. Aktualisht, ai zhvillon kërkime për inteligjencën artificiale fotonike dhe optikën kuantike në Laboratorin e Sistemeve Fotonike të Universitetit Kombëtar të Seulit.
Beomjoon Chae, student doktorature, po studion qarqet e integruara fotonike të programueshme në Laboratorin e Sistemeve të Valëve Inteligjente në SNU.
Mbështetja për kërkimin u sigurua nga Ministria e Shkencës dhe TIK nëpërmjet programit Qendra Inovative e Kërkimit, IRC, programit Laboratori i Kërkimeve Bazë, BRL, dhe programit për studiuesit e rinj. Burimi: ScienceDaily.
