В Москве разработали элементы фотонных схем для устройств 6G
Базовый элемент интегральной фотонной схемы субтерагерцового диапазона для будущих устройств связи 6G и нейросетей разработали ученые из Москвы. По утверждению авторов, разработку можно использовать при создании вычислительных систем, способных проводить операции и расчеты «на лету», не тратя энергию на хранение промежуточных данных. Результаты исследования опубликованы в Optical Materials.
Между микроволновым (как в смартфонах) и инфракрасным (как в пультах ДУ) излучениями располагаются высокочастотные терагерцовый (ТГц) и субтерагерцовый (субТГц) диапазоны, объяснили в НИУ МИЭТ. Именно они считаются перспективными для разработки систем связи следующего поколения (6G), где повышение скорости передачи достигается за счет увеличения частоты несущего сигнала.
Коллектив ученых из МИЭТ, МПГУ, МИСИС и НПК «Технологический центр» разработал, изготовил и протестировал энергонезависимые аттенюаторы (устройства, которые уменьшают амплитуду или мощность сигнала) в интегральном исполнении, которые позволяют управлять параметрами субТГц сигнала.
По данным исследователей, разработанные элементы можно будет использовать при создании искусственных нейронных сетей, способных проводить расчеты «на лету» без существенного увеличения энергозатрат, а также без необходимости хранения промежуточных результатов расчетов. При этом вычисления будут производиться внутри субТГц или ТГц диапазона, а сигнал не придется конвертировать в оптический и обратно. Это позволит существенно упростить готовое устройство и снизить его конечную стоимость.
«Базовая операция при работе искусственных нейронных сетей — скалярное произведение двух векторов. Оно предполагает использование двух арифметических операций: сложения и умножения. Выполнить данные операции можно с использованием двух активных элементов фотонной схемы — аттенюатора и фазовращателя. Мы создали перестраиваемый аттенюатор, работающий в субТГц диапазоне длин волн», — рассказал ведущий научный сотрудник МПГУ и НИТУ «МИСИС» Сергей Селиверстов.
Для создания аттенюатора применялся фазопеременный материал на основе соединения «германий-сурьма-теллур» (Ge–Sb–Te, GST). На основе таких материалов сегодня разрабатываются устройства интегральной фотоники, работающие в инфракрасном диапазоне длин волн. Однако эксперименты показали, что фазопеременные материалы можно использовать и в субТГц и ТГц диапазонах, сообщил начальник научно-исследовательской лаборатории «Материалы и устройства активной фотоники», зам. директора Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Пётр Лазаренко.
«Мы использовали фазопеременный материал GST для управления параметрами проходящего сигнала в диапазоне 126,5-145,5 ГГц. В ходе экспериментов была обнаружена высокая (выше 10 децибел) разница в поглощении между аморфным и кристаллическим состояниями GST для данного диапазона. Это позволяет использовать материал GST в приложениях интегральной фотоники, работающих в субТГц и ТГц диапазонах», — пояснил он.
По его словам, использование возможностей искусственного интеллекта в системах 6G приведет к дополнительному повышению скорости и качества передачи данных за счет снижения ошибок в канале связи. Оно также позволит выявлять признаки реальных событий по записанным сигналам и перераспределять аппаратные ресурсы в режиме реального времени с целью оптимизации трафика и вычислений.
«В рамках проекта РНФ, направленного на применение фазопеременных материалов для создания перестраиваемых оптических метаповерхностей, мы получили интересный результат – модуляцию сигнала в элементах на основе пленок GST в субТГц диапазоне. Это позволяет в значительной степени расширить область применения фазопеременных материалов и перейти к созданию целого спектра новых интегральных устройств, в том числе для решения задач высокоскоростной передачи и обработки данных», — рассказал руководитель проекта РНФ, начальник лаборатории перспективных процессов НПК «Технологический центр» Евгений Кицюк.
Сегодня исследователи занимаются настройкой технологических процессов по обработке фазопеременных материалов и адаптацией разработанной технологии под технологические и производственные возможности индустриального партнера.
Исследования проводятся в рамках гранта Российского научного фонда (№ 23-79-10309), выполняемого в НПК «Технологический центр», при поддержке сотрудников молодежных лабораторий «Фотонные газовые сенсоры» НИТУ «МИСИС» и «Материалы и устройства активной фотоники» НИУ МИЭТ.
Источник: РИА Новости