High-speed multiwavelength photonic temporal integration using silicon photonics

要約

光学システムは、エネルギー効率の高いコンピューティングにとって極めて重要であり、低損失キャリアで高速で並列操作を実行しています。
これらの主にアナログ光アクセラレーターは、デジタル化をバイパスして平行な浮動小数点計算を実行しますが、光学ハードウェアをスケーリングしてAIタスクの大型ベクトルサイズをマッピングして依然として困難です。
ここでは、スカラー操作を時間内に展開し、すべての光学的時間統合のためにフォトニックヒーター（Phil）ユニットを導入することにより、この制限を克服します。
直感に反して、ゆっくりとした熱散逸プロセスを活用して、50 GHzで変調された光学信号を統合し、広く適用された熱光学効果と超高速フォトニクスの間の速度ギャップを埋めます。
このアーキテクチャは、光学的エンドツーエンド信号処理をサポートし、非効率的な電気光学変換を排除し、統一されたフレームワーク内で線形操作と非線形操作の両方を可能にします。
私たちの結果は、熱駆動型の統合を介した高速フォトニックコンピューティングへのスケーラブルなパスを示しています。

要約(オリジナル)

Optical systems have been pivotal for energy-efficient computing, performing high-speed, parallel operations in low-loss carriers. While these predominantly analog optical accelerators bypass digitization to perform parallel floating-point computations, scaling optical hardware to map large-vector sizes for AI tasks remains challenging. Here, we overcome this limitation by unfolding scalar operations in time and introducing a photonic-heater-in-lightpath (PHIL) unit for all-optical temporal integration. Counterintuitively, we exploit a slow heat dissipation process to integrate optical signals modulated at 50 GHz bridging the speed gap between the widely applied thermo-optic effects and ultrafast photonics. This architecture supports optical end-to-end signal processing, eliminates inefficient electro-optical conversions, and enables both linear and nonlinear operations within a unified framework. Our results demonstrate a scalable path towards high-speed photonic computing through thermally driven integration.

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