Eureka, çip üstü fotonik işlemciler için etkili eğitimi duyurdu

Opto-Electronic Advances'tan yeni yayın; DOI 10.29026/oea.2024.230182 çip üstü optik işlemciler için verimli stokastik paralel gradyan iniş eğitimini tartışıyor.

Küresel veri hacminin katlanarak büyümesiyle birlikte, uzay bölmeli çoğullama (SDM) teknolojisi, iletişim kapasitesini artırmak için umut verici bir çözüm olarak ortaya çıktı. Geçtiğimiz birkaç on yılda SDM, birkaç modlu fiberlerde, çok çekirdekli fiberlerde ve serbest alan optik iletişim sistemlerinde gerçekleştirildi. Bununla birlikte, yukarıdaki çözümlerin tümü, optik sinyallerin iletimi sırasında farklı kanallar arasındaki karışım nedeniyle alıcıdaki sinyal kalitesini düşüren sinyal girişimi sorunlarıyla karşı karşıyadır. Bu nedenle, karıştırmayı ortadan kaldırmak için dijital sinyal işleme (DSP) gereklidir. Ne yazık ki, elektrik alanındaki yüksek hızlı DSP yongaları çok karmaşık, tasarımı zor ve yüksek güç tüketimine sahip. Son yıllarda, yeniden yapılandırılabilir entegre optik işlemciler, optik alandaki kanalların karışımını ortadan kaldırmak için kullanıldı. Bununla birlikte, gradyan iniş algoritmalarının her yinelemede kayıp fonksiyonunu hesaplamak için değişkenleri tek tek güncellemesi gerekir, bu da büyük miktarda hesaplamaya ve uzun eğitim süresine yol açar. Üstelik genetik algoritma (GA) ve parçacık sürü optimizasyonu (PSO) algoritması gibi sürü zekası algoritmaları, eğitim sonuçlarının güvenilirliğini sağlayacak kadar büyük bir popülasyon boyutuna sahiptir ve bu da büyük miktarda hesaplamayı da beraberinde getirir. Bu nedenle büyük ölçekli optik hesaplama çiplerinin ve çok boyutlu optik iletişim sistemlerinin çevrimiçi eğitimi için optik dizi konfigürasyonuna uygun verimli bir optimizasyon algoritmasının bulunması büyük önem taşımaktadır.

Fotonik dizi hesaplama çiplerinin çevrimiçi eğitiminde ilerleme kaydedildi; Ayrık gradyan iniş algoritması, GA ve PSO algoritması ile karşılaştırıldığında, bu yöntem, eğitim sürecinde enerji tüketiminden büyük ölçüde tasarruf edebilen işlem sayısını büyük ölçüde azaltır ve çok büyük ölçekli bilgi işlem optik çiplerinin çevrimiçi eğitimine uygulanması beklenir. matris.

Önerilen optimizasyon yönteminin fizibilitesini doğrulamak için yazarlar, kademeli Mach-Zehnder interferometrelerine (MZI'ler) dayalı, yeniden yapılandırılabilir bir 6 × 6 optik işlemci çipi tasarladı ve üretti ve optik anahtarlama matrisi ve optik sinyal kod çözme dahil olmak üzere çevrimiçi eğitim deneyleri gerçekleştirdi. Matris. Şekil 2, bir MDM optik iletişim sistemindeki bir optik işlemcinin uygulama senaryosunu ve işlemcinin iç mimarisini göstermektedir. Şekil 2, eğitim sonuçlarını göstermektedir ve çok boyutlu optik iletişim sisteminde optik sinyallerin optik anahtarlanması ve kod çözülmesi görevleri için eğitim etkisinin nispeten iyi olduğu görülebilmektedir.

Bu temelde, iletim sırasında mod karışımının neden olduğu paraziti telafi etmek için yüksek hızlı optik iletişim sistemlerinde yeniden yapılandırılabilir bir optik işlemci çipi kullanılmıştır. Şekil 3 deney düzeneğini ve elde edilen sonuçları göstermektedir. Şekil 2'de gösterildiği gibi, ışık eğitimli optik çipten geçtiğinde sinyal kalitesinin önemli ölçüde arttığı görülebilir. Şekil 3(e) ve 3(f), bit hata oranı (BER) önemli ölçüde azalır.

Son olarak, SPGD algoritmasının hesaplama çabası, optik dizi ölçeğini 10×10, 16×16, 32×32'ye genişletirken geleneksel gradyan algoritması, GA algoritması ve PSO ile karşılaştırılır. Sonuçlar SPGD algoritmasının hesaplama maliyetindeki artışın diğer algoritmalara göre daha az olduğunu göstermektedir.

Tam boyutlu masa

Anahtar Kelimeler: optik iletişim / optik sinyal işleme / kanal kod çözme / optik sinir ağı çipi / silikon fotonik