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[转载]FOE |前沿综述(封面文章):面向高性能光计算的集成光学导向逻辑运算进展

已有 316 次阅读 2022-6-7 09:27 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

FOE | 兰州大学-上海交通大学集成光子芯片研究团队:面向高性能光计算的集成光学导向逻辑运算进展综述 

(Recent Advances in Silicon Photonics专刊文章)


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第一作者:邱辞源、肖恢芙

通讯作者:田永辉

通讯单位:兰州大学

Recent advances in integrated optical directed logic operations for high performance optical computing: a review  

Ciyuan Qiu, Huifu Xiao, Liheng Wang, Yonghui Tian

2022, 15(1): 1.https://doi.org/10.1007/s12200-022-00001-y

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● 研究背景 ●

逻辑运算是集成电路芯片最基本、最关键的功能之一。传统电子芯片中通过基本逻辑门级联实现计算和信息处理的方式,正面临着时延累积影响芯片性能、摩尔定律瓶颈、量子不确定性、成本与工艺等问题,迫切需要开发一种新的机制或载体来实现逻辑计算

电光导向逻辑是基于硅基光电子平台的一种新兴光信息处理技术,其操作数是电子,而运算结果是光子,其中电信号用于控制光网络中光开关的状态,参与运算的是光信号,以实现电控光的逻辑功能。光网络中的所有电信号是并行加载的,因此所有开关可以同时完成切换实现相应的计算。计算结果通过芯片上的光子传输,因此计算速度非常快,且光开关切换延迟不会累积。由于导向逻辑没有光功率要求,因而能够进行级联以实现大规模计算。更重要的是,电可以很方便地进行控制与存储,光可以用非常高的频率进行调制,并且有许多复用技术可以用来进行并行计算,因此,导向逻辑机制有望成为下一代超高速、超大容量“电子光子数字计算机”的理想方案。近几年大量导向逻辑的工作不断地被报道,系统梳理导向逻辑的发展趋势和发展方向对于实现更大规模、更高性能、更通用的电光计算机制至关重要。然而,尽管导向逻辑对光计算的发展极为重要,到目前为止,仍然缺乏对导向逻辑运算的发展趋势进行梳理和展望的讨论与综述


● 内容简介 ●

2022年3月28日,兰州大学田永辉教授团队在Frontiers of Optoelectronics期刊上发表了一篇以“Recent advances in integrated optical directed logic operations for high performance optical computing: a review”为题的综述文章。

本文从光学导向逻辑的概念和工作原理出发,介绍了光学导向逻辑作为一种新型的逻辑运算方案,利用电信号作为操作数来控制光开关的工作状态,以执行逻辑功能的优势。之后结合近几年发表的重要代表性工作,归纳总结了从基本的光学导向逻辑门到组合光学导向逻辑运算、可重构逻辑计算、低功耗光逻辑计算和用于导向逻辑计算的可编程光子网络等方面的工作,综述了光学导向逻辑运算的发展趋势。最后对光学导向逻辑的未来发展及其在光计算中的影响进行了展望,为未来实现高速大容量的电光融合计算芯片提供方向和思路


● 总结 ●

光学导向逻辑计算在高速光信息处理领域中起着关键作用。本文综述了SOI平台上集成光学导向逻辑的发展现状和潜在趋势。自2007年光学导向逻辑被提出以来,已经展示了从基本逻辑门到组合逻辑的各种工作。在光学导向逻辑的发展过程中,高速调制技术和低开关功率光开关的不断改进将促使光学导向逻辑成为一种更高效、更具竞争力的光计算方法。对于未来的多级和多进制大规模计算,可重构光学导向逻辑和可编程光子网络方案被认为是很有前途的候选方案。在不久的将来,在同一电路中集成导向逻辑器件和大带宽光电探测器很有可能为下一代“电子光子数字计算机”铺平道路


关于本文更多详细解读,请移步https://mp.weixin.qq.com/s/x22pbaxB5ZwmxZQ6ANtdWQ


● 作者介绍 ●

田永辉,教授,博士生导师,兰州大学物理科学与技术学院副院长。2013年7月获得中国科学院半导体研究所微电子学与固体电子学博士学位;2017年11月-2018年11月受国家留学基金委资助在澳大利亚悉尼大学物理学院访学。目前研究方向主要包括硅基集成光电子器件和薄膜铌酸锂集成光子器件,在国际著名光学期刊及国际会议发表学术论文80余篇,其中在Laser & Photonics Reviews, Nanophotonics,Optics Letters, Optics Express等著名光学期刊发表学术论文70余篇,申请中国发明专利17项,其中授权专利13项。目前承担国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划子课题等项目。
邱辞源上海交通大学电子信息与电气工程学院副教授,上海市曙光学者。分别于2005年和2007年获清华大学学士学位和硕士学位,2013年获美国Rice University博士学位。研究方向为硅基/石墨烯光电子器件。目前在光学领域著名期刊和会议上发表论文65 篇,其中发表第一作者/通信作者论文36篇,包括1篇Nano Letters(第一作者,IF=11.238)和1篇 ACS Nano (共同作者, IF=14.588, ESI 热点论文),论文至今已被SCI(完全)他引1230次, Google Scholar引用2600余次。
肖恢芙,兰州大学青年研究员。2019年6月获得兰州大学微电子学与固体电子学博士学位。2022年4月以青年研究员身份加入兰州大学物理科学与技术学院工作。目前的研究方向主要包括硅基光电融合计算、片上光学模式调控、薄膜铌酸锂集成光子器件等,截至目前在Nanophotonics、Optics Letters、Applied Physics Letters等杂志上发表论文近40篇,第一作者/通信作者论文10篇。


● 课题组简介 ●

兰州大学集成光子学实验室针对服务国家发展战略的高速光通信、片上光互连、光计算等领域,立足光电子研究领域的前沿,依托硅基和铌酸锂氮化硅混合平台,主要开展片上多维复用技术、高速电光调制、逆向设计、纳米梁谐振腔及液晶光学等方向研究。团队现有教授2人,副教授2人,青年研究员1人,博士后1人,博士研究生4人,硕士研究生10人。团队网站:ipc.lzu.edu.cn。


● 招生信息 ●

课题组每年招收博士研究生1-2名,硕士研究生4-6名,欢迎熟悉激光/光电技术、集成光学、光纤通信、通信系统,或物理系、微电子、光学工程等学科的同学报考和推免。

同时,基于现有发展机遇与发展需求,课题组诚挚欢迎具有优秀的工作基础和较大发展潜力的国内外优秀青年研究人员、博士后、应届博士毕业生加入本实验室,与实验室共同拼搏、共同进步。本方向属于学校优先发展方向并分配充足的事业编制名额,待遇优厚,欢迎各类人才联系应聘。联系邮箱:siphoton@lzu.edu.cn


● 期刊简介 ●

Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部主管、高等教育出版社出版、德国施普林格(Springer)出版公司海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一,以网络版和印刷版两种形式出版。由北京大学龚旗煌院士、华中科技大学张新亮教授共同担任主编。

其宗旨是介绍国际光电子领域最新研究成果和前沿进展,并致力成为本领域内研究人员与国内外同行进行快速学术交流的重要信息平台。该刊的联合主办单位是高等教育出版社、华中科技大学和中国光学学会,承办单位是武汉光电国家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收录。2019年入选中国科技期刊卓越行动计划梯队期刊项目。






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