Programabilna fotonska integrisana kola (PPIC) obrađuju svetlosne talase za računanje, detekciju i signalizaciju na načine koji se mogu programirati da odgovaraju različitim zahtevima. Istraživači sa Instituta za nauku i tehnologiju Daegu Gieongbuk (DGIST), u Južnoj Koreji, sa saradnicima na Korejskom naprednom institutu za nauku i tehnologiju (KAIST), postigli su veliki napredak u uključivanju mikroelektromehaničkih sistema u PPIC.
Njihovo istraživanje objavljeno je u časopisu Nature Photonics.
„Programabilni fotonski procesori obećavaju da će nadmašiti konvencionalne superkompjutere, nudeći brže, efikasnije i masovnije paralelne računarske mogućnosti“, kaže Sangioon Han iz DGIST tima. On naglašava da bi, pored povećanih brzina koje se postižu korišćenjem svetlosti umesto električne struje, značajno smanjenje potrošnje energije i veličine PPIC-a moglo da dovede do velikog napretka u veštačkoj inteligenciji, neuronskim mrežama, kvantnom računarstvu i komunikacijama.
Mikroelektromehanički sistemi (MEMS) u srcu novog napretka su male komponente koje mogu međusobno da konvertuju optičke, elektronske i mehaničke promene da bi izvršile različite komunikacione i mehaničke funkcije koje su potrebne integrisanom kolu.
Istraživači veruju da su oni prvi koji su integrisali fotonske MEMS tehnologije zasnovane na silikonu u PPIC čipove koji rade sa izuzetno malim zahtevima za energijom.
„Naša inovacija je dramatično smanjila potrošnju energije na nivoe femtovata, što je više od milion puta poboljšanje u poređenju sa prethodnim stanjem tehnike“, kaže Han. Tehnologija se takođe može ugraditi na čipove koji su do pet puta manji od postojećih opcija.
Jedan od ključeva za dramatično smanjenje zahteva za snagom bio je udaljavanje od zavisnosti od promena temperature koje zahtevaju dominantni „termo-optički“ sistemi koji se trenutno koriste. Potrebna sićušna mehanička kretanja pokreću se elektrostatičkim silama — privlačenjima i odbijanjima između fluktuirajućih električnih naboja.
Komponente integrisane u čipove tima mogu manipulisati karakteristikom svetlosnih talasa koja se naziva „faza“ i kontrolisati spregu između različitih paralelnih talasovoda, koji usmeravaju i ograničavaju svetlost. Ovo su dva najosnovnija zahteva za izgradnju PPIC-a. Ove karakteristike stupaju u interakciju sa mikromehaničkim „aktivatorima“ (u suštini prekidačima) kako bi kompletirali programabilno integrisano kolo.
Ključ za napredak je bio primena inovativnih koncepata u proizvodnji potrebnih delova na bazi silicijuma. Ono što je najvažnije, proizvodni proces se može koristiti sa konvencionalnom tehnologijom silicijumskih pločica. Ovo ga čini kompatibilnim sa velikom proizvodnjom fotonskih čipova neophodnih za komercijalne aplikacije.
Tim sada planira da usavrši svoju tehnologiju kako bi napravio i komercijalizovao fotonski računar koji će nadmašiti konvencionalne elektronske računare u širokom spektru aplikacija. Han kaže da primeri specifične upotrebe uključuju ključne zadatke zaključivanja u veštačkoj inteligenciji, naprednoj obradi slike i prenosu podataka velikog propusnog opsega.
„Očekujemo da ćemo nastaviti da pomeramo granice računarske tehnologije, doprinoseći dalje oblasti fotonike i njene praktične primene u modernoj tehnologiji“, zaključuje Han.
