近日，上海交通大學(xué)電子工程系光子傳輸與通信全國重點實驗室智能微波光波融合創(chuàng)新中心的鄒衛(wèi)文教授團隊針對多功能一體化應(yīng)用設(shè)計研發(fā)了一種模擬域光子寬帶并行處理器，能夠在模擬域直接將寬帶信號重構(gòu)至2N路并行處理，實現(xiàn)傳輸速率與數(shù)據(jù)量的成倍壓縮，有效降低單計算核心的運算能力需求，為多功能一體化系統(tǒng)中高效信號處理提供了創(chuàng)新技術(shù)路線。相關(guān)成果在2025年2月以“用于多功能一體化系統(tǒng)的硅光模擬域?qū)拵Р⑿刑幚砥鳌保ˋnalog parallel processor for broadband multifunctional integrated system based on silicon photonic platform）為題發(fā)表在國際頂尖光學(xué)期刊《Light: Science & Applications》上。

研究背景

有效獲取和利用海量、多樣化、多功能的信息對于無人駕駛和物聯(lián)網(wǎng)等智能感知系統(tǒng)至關(guān)重要。通過在不同功能之間共享硬件平臺，多功能一體化系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)資源劃分限制，實現(xiàn)了信息資源的高效共享，推動了通信、雷達等多種功能的高效融合與協(xié)作。為實現(xiàn)更靈活的資源調(diào)度、更高的數(shù)據(jù)速率和更精細的分辨率，多功能一體化系統(tǒng)的寬帶化發(fā)展勢不可擋。然而，電子器件的帶寬和計算速度一定程度上限制了多功能一體化系統(tǒng)在更廣闊范圍內(nèi)的信息獲取與交互。

研究成果

模擬域光子并行處理原理示意圖

針對這一問題，本文提出了一種基于硅光子平臺的模擬域并行處理器（APP），應(yīng)用光子學(xué)方法在模擬域?qū)⒋髱捫盘栔貥?gòu)至2^N路并行處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)量的成倍壓縮，從而將單計算核心的運算速率與容量要求降低至1/2^N。根據(jù)上述思想，文章設(shè)計研制了模擬域光子寬帶并行處理器芯片，成功驗證了多功能應(yīng)用場景下的通用處理能力。

模擬域光子寬帶并行處理器芯片及其封裝模塊

實驗結(jié)果表明，模擬域光子寬帶并行處理器芯片成功實現(xiàn)了對寬帶雷達信號和復(fù)雜調(diào)制格式高速通信信號的處理。在雷達功能驗證中，對6GHz瞬時帶寬線性調(diào)頻信號完成并行脈沖壓縮，得到2.69cm的高精度距離分辨率；在通信功能驗證中，8Gbit/s的16QAM信號也基于該芯片完成了星座圖解調(diào)。此外，通過對比兩種功能下并行處理與直接處理的結(jié)果驗證了其處理性能的一致性，實驗結(jié)果表明，該并行處理方式無論是在雷達距離分辨率抑或通信誤碼率上均呈現(xiàn)了出色的等效性。未來將進一步探索該架構(gòu)的陣列化多通道潛力，加速模擬域光子寬帶并行處理器向先進光子并行處理器發(fā)展，促進通感一體、智能駕駛等應(yīng)用升級換代。

多功能處理能力驗證結(jié)果

論文信息

論文共同第一作者為上海交通大學(xué)錢娜助理研究員和周德福博士生，通訊作者為上海交通大學(xué)鄒衛(wèi)文教授。其他具有突出貢獻的作者還包括北京大學(xué)王興軍教授、舒浩文研究員和浙江大學(xué)戴道鋅教授、張明副教授等，該工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科委揚帆計劃等項目的支持。

論文主要作者：從左到右依次為錢娜、周德福、鄒衛(wèi)文

鄒衛(wèi)文教授領(lǐng)銜的智能微波光波融合創(chuàng)新中心（imLic：https://imlic.sjtu.edu.cn/）致力于發(fā)展先進的光電寬帶信號數(shù)字化、光子計算、光子集成等技術(shù)，推動寬帶化、數(shù)字化、智能化的電子信息系統(tǒng)跨越式發(fā)展，近年來在Nature Communications、Light: Science & Applications、Photonics Research等國際期刊上發(fā)表一系列高水平論文。