Një ekip shkencëtarësh ka zhvilluar një qark të integruar fotonik që mund të vonojë dritën sipas kërkesës, duke ofruar kështu një nivel të paprecedentë kontrolli mbi transmetimin e sinjaleve optike. Kjo risi premton të sigurojë mekanizmat e nevojshëm për vonesën, sinkronizimin dhe memorien e përkohshme, duke e afruar kompjuterizimin me bazë dritën drejt zbatimeve praktike.
Të lidhura
None found
Në të ardhmen, një çip i tillë mund të zëvendësojë disa pajisje të specializuara, duke ulur konsumin e energjisë, kostot dhe kompleksitetin e infrastrukturës për serverët e inteligjencës artificiale dhe qendrat e të dhënave.
Pajisja e re u projektua nga studiues nga Universiteti Kombëtar i Seulit dhe Universiteti i Seulit, nën drejtimin e profesorëve Namkyoo Park dhe Sunkyu Yu nga Departamenti i Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike në Universitetin Kombëtar të Seulit, dhe në bashkëpunim me profesorin Xianji Piao nga Shkolla e Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike në Universitetin e Seulit.
Rritja shpërthyese e modeleve gjeneruese të inteligjencës artificiale ka shkaktuar një kërkesë të madhe për fuqi përpunuese, duke i vënë gjysmëpërçuesit elektronikë klasikë përballë kufijve të tyre për shkak të konsumit të lartë energjetik dhe kapacitetit të kufizuar të transmetimit. Kjo ka nxitur interesin për kompjuterizimin optik, i cili zëvendëson sinjalet elektrike me dritën për përpunimin e të dhënave, duke mundësuar shpejtësi shumë më të mëdha dhe efikasitet më të mirë energjetik.
Sfida kryesore qëndron te natyra e vetë dritës: shpejtësia e saj e pandryshueshme e bën të vështirë vonimin ose ruajtjen e sinjaleve, funksione këto jetësore për memorien dhe tamponët në një kompjuter optik. Për të kapërcyer këtë pengesë, ekipi projektoi një qark fotonik të programueshëm që rregullon si shpejtësinë ashtu dhe formën e sinjaleve, duke ofruar shumë më tepër fleksibilitet sesa metodat e mëparshme për “dritën e ngadaltë”.
Në qendrat moderne të të dhënave dhe rrjetet e ardhshme kompjuterike, sinkronizimi i saktë është po aq i rëndësishëm sa edhe transmetimi i shpejtë. Ka raste kur një sinjal drite duhet të presë që të përputhet me informacione të tjera. Një teknikë për të arritur këtë vonesë mbështetet në transparencën e shkaktuar nga rezonatorët e çiftuar (CRIT), një fenomen optik që lejon dritën e një frekuence specifike të kalojë ndërsa i ul asaj shpejtësinë nëpërmjet ndërhyrjes mes rezonatorëve të shumtë.
Megjithatë, pajisjet tradicionale CRIT prodhohen me karakteristika fikse, duke e bërë të pamundur modifikimin e funksionimit të tyre pas fabrikimit. Për të ndryshuar vonesën ose frekuencën e funksionimit, inxhinierët duhet të projektojnë një pajisje krejtësisht të re, çka shton kostot dhe kohën e zhvillimit, duke penguar krijimin e sistemeve praktike të kompjuterizimit optik.
Ekipi hulumtues propozoi një strategji inovative, duke trajtuar dy gjendje optike në sistemet CRIT—modalitetin e ndritshëm dhe atë të errët—si një shkallë të vetme të integruar lirie. Duke shtuar dy bashkues me unazë që mund të kontrollohen, ata krijuan një parim të ri projektimi për qarqet fotonike. Kjo lejoi që rregullimet e rezonatorëve, më parë të fiksuara, të përshtateshin në mënyrë dinamike për funksione të ndryshme.
Studiuesit demonstruan teorikisht se me këtë strukturë të re CRIT, lëvizja e dritës mund të vonohej dhe kontrollohej sipas nevojës, dhe se ndërhyrja mes modaliteteve mund të menaxhohej si një parametër unik dizajni, duke zgjeruar ndjeshëm fleksibilitetin e këtyre qarqeve.
Analiza tregoi se dy bashkuesit unazorë mund të rregullojnë gjerësinë e brezit të sinjalit, formën e tij, kohën e vonesës dhe efikasitetin e transmetimit. Kjo nënkupton që sjellja e sinjaleve optike mund të rikonfigurohet në tërësi përgjatë qarqeve të mëdha me shumë rezonatorë. Simulimet numerike konfirmuan se shpejtësia e pulseve optike mund të ndryshohej në kohë reale pa dëmtuar performancën e përpunimit dhe se sistemi mund të konvertonte frekuencën e dritës pa përdorur komponentë shtesë.
Për të testuar fizibilitetin, ekipi përdori simulime elektromagnetike tredimensionale mbi një platformë me nitrid silici (Si₃N₄), një material me humbje të ulëta dhe stabilitet të lartë. Simulimet morën në konsideratë probleme reale si humbjet e materialit, variacionet në cilësinë e rezonatorëve, shpërndarjen prapa të dritës, luhatjet e bashkimit, gabimet e fazës dhe ndërthurjen termike. Rezultatet treguan se struktura do të mbetej e besueshme në kushte praktike funksionimi.
Kjo platformë fotonike e programueshme kontrollon në kohë reale si aspektet kohore ashtu dhe spektrale të sinjaleve të dritës, duke kapërcyer kufirin e pajisjeve tradicionale me funksion fiks. Hulumtimi sugjeron se disa kapacitete thelbësore—sinkronizimi i sinjaleve, linjat e vonesës të rregullueshme, tamponët optikë dhe konvertimi i frekuencës—mund të kombinohen në një qark të vetëm fotonik.
Nëse komercializohet, teknologjia mund të funksionojë si një sistem i përcaktuar nga softueri, duke iu përshtatur nevojave në ndryshim dhe duke ndihmuar qendrat e të dhënave dhe serverët e inteligjencës artificiale të operojnë me efikasitet më të lartë dhe konsum më të ulët energjie. Integrimi i funksioneve të shumta në një çip do të bënte gjithashtu pajisjet e komunikimit optik dhe sensorët më kompaktë dhe më të lirë, duke mbështetur industri që kërkojnë përpunim shumë të shpejtë, si drejtimi autonom dhe teknologjitë kuantike.
“Ky kërkim është i rëndësishëm sepse propozon një parim të ri projektimi që lejon rikonfigurimin sipas nevojës të rrjedhës së dritës brenda qarqeve të integruara fotonike, duke rritur ndjeshëm fleksibilitetin e projektimit,” deklaroi profesori Namkyoo Park, bashkautor korrespondent. “Ne planifikojmë ta zgjerojmë këtë teknologji drejt qarqeve të integruara fotonike të programueshme në shkallë të gjerë, të bazuara në fotonikën e silikonit dhe teknologjitë e inteligjencës artificiale fotonike.”
Autorët e parë të përbashkët, Dr. Seungkyun Park, nga Qendra InnoCORE PICORE në KAIST, dhe studenti i doktoraturës Beomjoon Chae nga Laboratori i Sistemeve të Valëve Inteligjente në SNU, shtuan: “Përmes këtij studimi, ne kuptuam se rinterpretimi i fizikës tradicionale të rezonatorëve fotonikë nga një këndvështrim tjetër mund të shërbejë si pikënisje për zbulimin e funksioneve të reja në qarqet e integruara fotonike. Ne planifikojmë ta zhvillojmë më tej këtë kërkim drejt zbatimit praktik të pajisjeve dhe vërtetimit eksperimental.”
Kërkimi u financua nga Ministria e Shkencës dhe TIK-ut e Koresë së Jugut përmes programeve Qendra Inovative e Kërkimit (IRC), Laboratori i Kërkimeve Bazë (BRL) dhe programit për studiuesit e rinj. /ScienceDaily
