近日，兰州大学物理科学与技术学院田永辉教授团队在光学数字计算器件方向取得重要科研成果，成功研制可重构光学算术逻辑单元芯片，可在同一硬件平台集成多种逻辑运算与算术运算能力，相关学术论文正式发表在国际知名期刊《自然・通讯》。
该研究依托成熟硅光子集成平台，充分利用微环调制器体积小、调制速度快、功耗低、支持电控重构的技术特性开展器件设计。研究人员通过级联微环构建基础逻辑单元，实现NOT、AND、OR、XOR、XNOR等多种基础逻辑运算。研究引入波长维度对不同二进制位进行并行处理，无需修改芯片硬件结构，即可将同一硬件架构动态配置为2比特加法器、减法器以及数值比较器，实现硬件功能的可重构，突破传统计算芯片功能固化的局限。
该芯片采用220纳米硅绝缘体平台完成制备，各个微环单元集成载流子耗尽型高速电光调制结构与热调谐单元，分别承担高速数据加载与工作波长校准工作，保障器件稳定工作。实验测试结果表明，该系统可在 20Gbit/s 速率下完成逻辑与算术运算，计算密度达到528Gbit/s²，能效为12.36fJ/bit，拥有良好的器件性能。
研究团队还开展多项应用层面验证，完成高速数据加密解密、医学图像水印嵌入、图像差异增强等演示实验，验证该架构可以由基础逻辑器件向多功能光学数字计算系统拓展，证明该器件具备实际信息处理应用潜力。
田永辉教授表示，该项研究为高密度、低功耗、可重构光子算术逻辑处理芯片提供了新的实现途径，也为光学数字计算应用于高速信息处理、片上智能计算领域打下器件研究基础。后续经过持续优化，该类硅光芯片有望在高算力人工智能、高速信号处理等场景发挥技术价值。
资料来源：科技日报
