首爾大學和首爾大學的研究人員開發了一種可編程光子積體電路，可以在需要時減慢光的速度。
該團隊由首爾國立大學電機與電腦工程系的 Namkyoo Park 和 Sunkyu Yu 教授領導。與首爾大學電機與電腦工程學院的 Xianji Piao 教授合作。
較慢的光線有助於解決電腦瓶頸。
生成式人工智慧和大規模人工智慧模型的快速成長，迅速增加了資料中心和伺服器所需的運算能力。傳統的電子半導體正在努力跟上，因為它們使用大量的功率並且面臨數據傳輸速度的限制。
這些挑戰引起了人們對光學計算的興趣增加。它使用光而不是電訊號來處理資訊光學系統可以以非常高的速度移動數據，同時使用更少的功率。
然而，照明也帶來了重大挑戰。因為它自然地以恆定的速度移動。因此很難延遲光訊號或暫時將其保持在適當的位置。這些功能對於在光學計算機中建立緩衝區和記憶體功能至關重要。
為了解決這個問題，研究人員設計了一種可編程光子電路，可以控制光訊號的速度和形狀。與之前提出的方法相比，他們的方法透過「慢光」提供了更大的靈活性。
這項研究發表在著名的國際期刊上。 先進科學。
為什麼光訊號有時需要等待？
光子積體電路正在成為一種利用光進行快速高效數據處理的有前途的技術。在資料中心光通訊網路和未來電腦系統中快速移動的訊號只是挑戰的一部分。
系統還必須確保訊號在正確的時間到達。在某些情況下，必須延遲電源訊號，以便它可以與透過系統傳輸的其他資料同步。
產生這些延遲的一種方法依賴耦合反射器誘導透明度 (CRIT)，它利用多個光學反射器之間的干涉。
CRIT 允許選定頻率範圍內的光穿過該裝置。同時，它降低了光訊號傳播的速度。
- 由耦合反射器 (CRIT) 引起的透明度： 透過多個諧振器之間的干涉選擇性地傳輸和減慢特定頻率範圍內的光的光學現象。
- 反射鏡： 在一段時間內限製或循環特定頻率的光的光子裝置。用於訊號阻尼、濾波和調製。
固定光學設備限制了靈活性。
傳統的 CRIT 設備通常具有製造後永久的性能特性。這使得在製造後很難改變其工作方式。
例如，想要建立更長的訊號延遲或使用不同頻率範圍的工程師。通常需要設計和製造全新的光子裝置。
這種適應性的缺乏增加了光通訊硬體和資料中心基礎設施的複雜性。每當需要新功能時，他們還可能增加成本並延長開發時間表。
這些問題對於下一代人工智慧伺服器和資料中心尤其重要。必須即時處理如此大量的數據。因此，固定光學元件仍然是更實用的光學計算系統的主要障礙。
照明控制的可程式設計
研究團隊開發了一種不同的策略，將 CRIT 系統中的兩種光學狀態（稱為亮模式和暗模式）視為統一的自由度。研究人員還添加了兩個可控循環關節。
這些變化共同為可程式光子積體電路創造了新的設計原則。先前在製造後鎖定在單一配置中的諧振器的佈置。相反，它們可以適應不同的目的。
研究人員表明，使用新的 CRIT 結構可以根據需要延遲和控制光運動。他們還表明，亮模式和暗模式之間的干擾可以作為單一整合設計參數進行管理。
這種方法極大地擴展了光子諧振器電路的靈活性，這些電路以前受到固定設計的限制。
控制延遲、頻寬和訊號形狀
研究人員從理論上證明，兩個環路耦合可用於調整通帶的頻寬和形狀。它們還可以控制訊號延遲的時間以及這些訊號在電路中傳輸的效率。
這意味著光訊號的速度和傳輸行為都可以在具有多個諧振器的系統中重新配置。而不是安裝在單一諧振器內
數值模擬還表明，光脈衝的速度可以隨著電路的運作而動態調整。
結果表明，可以在不降低處理性能的情況下改變訊號延遲時間。該系統還可以轉換光的頻率，無需任何額外的組件。
- 光脈衝： 短光分佈 用作光通訊和電腦系統中傳輸資料的基本單元。
模擬表明該晶片確實可以工作。
研究人員使用三維電磁模擬來測試是否可以在氮化矽 (Si) 上建構 CRIT 設備。3韌帶4) 光子積體電路平台
他們還評估了在生產和使用過程中可能影響設備的幾個現實問題。其中包括物質損失。諧振器質量後向散射的差異 耦合波動 環路耦合中的相位誤差與熱串擾
模擬表明，所提出的結構可以在現實條件下繼續可靠地運作。
- 氮化矽（Si3韌帶4) 光子積體電路: 低損耗、高穩定的波導平台，廣泛應用於光訊號處理和整合光子裝置。
- 熱串擾： 電路某一部分所產生的熱量影響鄰近元件的現象。這可能會導致設備性能變化。
單一晶片可以執行多種光學功能。
本研究介紹了一個可程式光子平台，可以即時控制光訊號的時間和頻率特性。
該設計克服了傳統光延遲元件的限制。它們通常只執行靜態功能。它還表明，幾種重要的功能最終可以結合在單一光子電路中。
這些功能包括訊號同步。可調延遲線 光緩衝器和頻率轉換
相同的設計原則可能具有超出 CRIT 系統的優勢。研究人員相信該方法可以應用於各種基於諧振器的光子電路。這可以為更具適應性的光訊號處理技術奠定基礎。
人工智慧和資料中心的潛在好處
如果這項技術投入商業使用，單一可程式光學晶片可以執行多項任務。包括訊號速度控制和功能之間的切換。
從這個意義上說，該晶片可以以類似於軟體定義系統的方式運作。根據不斷變化的需求調整行為。
這種靈活性可以幫助資料中心和人工智慧伺服器更有效地處理數據，同時降低功耗。
在單一晶片上結合多種訊號處理功能可以使光通訊設備和感測器系統變得更小、更便宜。
從長遠來看，該技術可以支援依賴極快數據處理的行業。包括自動駕駛下一代通訊和量子技術
研究人員計劃更大的可編程光子系統
該研究的合著者、來自首爾國立大學的 Namkyoo Park 教授表示：「這項研究對於提出新的設計原則非常重要，這些原則允許光子積體電路內的光流根據需要重新配置。這大大提高了設計靈活性。我們計劃將該技術擴展到基於矽光子技術和 AI 光子技術的大規模可編程光子積體電路。」
共同第一作者 Seungkyun Park 博士和博士生 Beomjoon Chae 領導了理論架構和數值分析。補充說：“通過這項研究，我們意識到傳統的光子諧振器物理學可以從不同的角度進行解釋。它可以作為發現光子積體電路新功能的起點。我們計劃將這項研究進一步發展到設備的實際使用和實驗驗證。”
Seungkyun Park 博士隸屬於韓國科學技術院 InnoCORE PICORE 中心，正在光子系統實驗室進行光子學、人工智慧和量子光學研究。首爾國立大學
博士學生 Beomjoon Chae 正在首爾國立大學智慧波系統實驗室進行可程式光子積體電路研究。
該研究得到了科學和資訊通信技術部透過創新研究中心（IRC）計劃、基礎研究實驗室（BRL）計劃和青年研究人員計劃的支持。
Seungkyun Park 博士也在 InnoCORE 計畫（PICORE 中心）的支持下參與了這項研究。
