นักวิจัยพัฒนาชิปโฟโตนิกส์ไมโครเวฟที่ประมวลผลสัญญาณได้เร็วมาก

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ Wang Cheng จากภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าที่ City University of Hong Kong ประสบความสำเร็จในการพัฒนาชิปไมโครเวฟโฟโตนิกส์ (MWP) ชั้นนำของโลก ชิปนี้สามารถใช้หลักการทางแสงเพื่อดำเนินการประมวลผลและคำนวณสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อกที่รวดเร็วเป็นพิเศษ
ชิปนี้ไม่เพียงแต่เร็วกว่าโปรเซสเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปถึง 1,000 เท่า แต่ยังใช้พลังงานน้อยกว่าอีกด้วย แอปพลิเคชันที่หลากหลายครอบคลุมพื้นที่ต่างๆ เช่น ระบบสื่อสารไร้สาย 5/6G ระบบเรดาร์ความละเอียดสูง ปัญญาประดิษฐ์ คอมพิวเตอร์วิทัศน์ และการประมวลผลภาพ/วิดีโอ
ทีมงานได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยจีนแห่งฮ่องกงในการวิจัยซึ่งได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature ซึ่งมีชื่อว่า Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine
ด้วยการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเครือข่ายไร้สาย Internet of Things (IoT) และบริการบนคลาวด์ ความต้องการระบบ RF พื้นฐานจึงเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ เทคโนโลยีไมโครเวฟโฟโตนิกส์ (MWP) นำเสนอโซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพสำหรับความท้าทายเหล่านี้ ด้วยข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ของการสร้าง การส่ง และการประมวลผลสัญญาณไมโครเวฟโดยใช้ส่วนประกอบทางแสง อย่างไรก็ตาม ระบบ MWP ที่บูรณาการได้เผชิญกับความท้าทายหลายประการ เช่น การประมวลผลสัญญาณอะนาล็อกความเร็วสูงพิเศษพร้อมกัน การรวมขนาดชิป ความเที่ยงตรงสูงและการใช้พลังงานต่ำ
เพื่อจัดการกับความท้าทายเหล่านี้ ทีมวิจัยของศาสตราจารย์ Wang Cheng ได้พัฒนาระบบ MWP แบบใหม่ ระบบนี้ได้รวมการแปลงอิเล็กโทรออปติคัล (EO) ที่รวดเร็วเป็นพิเศษเข้ากับการประมวลผลสัญญาณมัลติฟังก์ชั่นการสูญเสียต่ำบนชิปตัวเดียว ซึ่งเป็นความสำเร็จที่ไม่เคยมีมาก่อนในการวิจัยก่อนหน้านี้
ประสิทธิภาพที่โดดเด่นนี้เกิดขึ้นได้ด้วยระบบประมวลผล MWP แบบบูรณาการที่ใช้แพลตฟอร์มลิเธียมไนโอเบต (LN) แบบฟิล์มบาง เอ็นจิ้นนี้สามารถประมวลผลสัญญาณอะนาล็อกและงานคำนวณได้หลากหลาย ตามรายงาน ชิปนี้ไม่เพียงแต่มีแบนด์วิธการประมวลผลกว้างพิเศษที่ 67 GHz เท่านั้น แต่ยังมีความแม่นยำในการคำนวณที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย
ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ทีมงานได้ทำงานเกี่ยวกับการวิจัยแพลตฟอร์ม LN photonic แบบบูรณาการ เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าในปี 2018 เพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและ Nokia Bell Labs ได้พัฒนา CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ตัวแรกของโลก - โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติคัลแบบบูรณาการที่เข้ากันได้กับบนแพลตฟอร์มลิเธียมไนโอเบต (LN) แบบฟิล์มบาง ซึ่งวางรากฐานที่แข็งแกร่ง รากฐานสำหรับการพัฒนางานวิจัยในปัจจุบัน ลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง (LN) ได้รับการขนานนามว่าเป็น "ซิลิคอนของโฟโตนิกส์" เนื่องจากมีความสำคัญในด้านโฟโตนิกส์ ซึ่งเทียบได้กับซิลิคอนในไมโครอิเล็กทรอนิกส์
งานนี้ไม่เพียงเปิดสาขาการวิจัยใหม่ทั้งหมด เช่น โฟโตนิกไมโครเวฟแบบฟิล์มบางลิเธียมไนโอเบต (LN) เท่านั้น แต่ยังช่วยให้ชิปโฟโตนิกไมโครเวฟมีขนาดกะทัดรัด ความเที่ยงตรงของสัญญาณสูง และเวลาแฝงต่ำ ท่ามกลางข้อดีอื่นๆ ที่สำคัญกว่านั้น ความก้าวหน้าครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงทิศทางใหม่สำหรับกลไกการประมวลผลและการคำนวณทางอิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อกขนาดชิป