Рассеяние Бриллюэна: третья волна в интегральных схемах. Часть 2
«Управление информацией на микрочипе может потребовать много мощности и производить много тепла», - отвечает профессор Эгглтон. - Так как наша зависимость от оптических данных возросла, процесс взаимодействия света и микроэлектронных систем стал проблематичным. Процесс SBS предлагает нам совершенно новый способ интеграции оптической информации в среду микросхемы, используя звуковые волны как буфер для замедления данных без того нагревания, которое производят электронные системы.
Более того, интегральные схемы с SBS дают возможность заменить компоненты в авиационных и навигационных системах, которые могут быть в 100 или в 1000 раз тяжелее. Это будет серьезным достижением».
Уменьшение сложности
Камнем преткновения было то, как управлять процессом взаимодействия света и звука, но профессор Эгглтон и его коллеги отмечают в докладе в Nature Photonics, что за последние годы были достигнуты серьезные успехи.
В 2017 году исследователи д-р Биргит Стиллей и Мориц Мерклейн (Birgit Stiller, Moritz Merklein) из группы Эгглтона в Университете Сиднея объявили о первой в мире передаче света на акустическую информацию на чипе. Чтобы подчеркнуть разницу в скоростях света и звука, это было описано как «хранение молнии внутри грома».
Доктор Амол Кудхари (Amol Choudhary) продолжил эту работу в 2018, разрабатывая технологию восстановления информации на базе микросхем, которая устраняет необходимость громоздких систем обработки.
«Все дело в снижении сложности этих систем, чтобы мы могли разработать общую концептуальную основу для полной интегрированной системы», - говорит профессор Эгглтон.
Наблюдается растущий интерес к развитию этих систем со стороны правительства и промышленности.
Сидней Нано недавно подписал соглашение о сотрудничестве с Королевскими ВВС Австралии на работу с программой Plan Jericho, направленной на изменение способности восприятия RAAF. Такие компании как Lockheed Martin и Harris Corporation также работают с группой Эгглтона.
Перспективы и вызовы
Конечно, существуют сложности и барьеры, которые нужно преодолеть для того, чтобы эта интегрированная система в масштабе микросхемы вышла на коммерческий рынок, но выгоды в плане размеров, веса и мощности (SWAP) будут стоить этих усилий, говорит профессор Эгглтон.
Первая задача – разработать архитектуру, которая будет интегрировать микроволновые и радиочастотные процессоры с оптико-акустическим взаимодействием. Как показывают результаты группы Эгглтона, в достижении этой цели были уже достигнуты значительные успехи.
Другой проблемой является снижение «шума» (или помех) в системе, вызванных нежелательным рассеиванием света, которое ухудшает соотношение сигнал-шум. Мы предлагаем вариант, когда микросхемы работают при криогенных температурах около абсолютного нуля. Хотя это может иметь значительные практические последствия, это может также создать такие квантовые процессы, которые дадут больший контроль надо взаимодействием фотон-фонон.
Также проводится исследование наиболее подходящих материалов, из которых можно будет создавать эти интегрированные системы. Кремний имеет свои очевидные достоинства, которые обеспечили использование этого дешевого и доступного материала в создании большей части микроэлектроники.
Однако, кремнезем, используемый в оптоволокне, при сочетании с кремниевой подложкой означает, что информация может утекать из-за сходства материалов.
Одним из предлагаемых способов является поиск материалов достаточно эластичных и неэластичных для того, чтобы содержать световые и звуковые волны, при этом позволяя им взаимодействовать. Некоторые исследовательские группы используют халькогенид – мягкий стеклянный субстрат с высоким показателем преломления и низкой жесткостью, который может совместить оптические и эластичные волны.
Соавтор доклада профессор Стил из Университета Маккуари отметил: «На данной стадии все системы материалов имеют свои сильные и слабые стороны, и это сфера для дальнейших исследований».
Профессор Эгглтон: «Это новая парадигма в обработке сигнала с использованием световых и звуковых волн открывает новые возможности для фундаментальных исследований и технологических прорывов».
Источник: Сиднейский Университет
