L’équipe a développé une puce MWP de pointe, capable d’effectuer un traitement et un calcul ultrarapides des signaux électroniques analogiques à l’aide de l’optique. Crédit : Université municipale de Hong Kong
Une équipe de recherche a dévoilé une puce photonique micro-onde qui améliore considérablement le traitement du signal électronique analogique, offrant une vitesse 1 000 fois supérieure et une efficacité énergétique supérieure à celle des processeurs existants. Cette innovation promet de révolutionner divers secteurs, dont les communications sans fil et l’intelligence artificielle.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Wang Cheng du Département de génie électrique (EE) de l’Université de la ville de Hong Kong (CityUHK) a développé une puce photonique micro-ondes de pointe, capable d’effectuer un traitement et un calcul ultra-rapides du signal électronique analogique à l’aide de l’optique.
La puce, 1 000 fois plus rapide et consommant moins d’énergie qu’un processeur électronique traditionnel, possède une large gamme d’applications, couvrant les systèmes de communication sans fil 5/6G, les systèmes radar haute résolution, l’intelligence artificielle, la vision par ordinateur et le traitement d’image/vidéo. .
Les résultats des recherches de l’équipe ont été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Nature intitulé «Moteur de traitement photonique micro-ondes intégré au niobate de lithium». Il s’agit d’une recherche collaborative avec l’Université chinoise de Hong Kong (CUHK).
Relever les défis de la communication moderne
L’expansion rapide des réseaux sans fil, de l’Internet des objets et des services basés sur le cloud a imposé des exigences considérables aux systèmes de radiofréquences sous-jacents. La technologie photonique micro-onde (MWP), qui utilise des composants optiques pour la génération, la transmission et la manipulation de signaux micro-ondes, offre des solutions efficaces à ces défis. Cependant, les systèmes MWP intégrés ont eu du mal à réaliser simultanément un traitement du signal analogique ultra-rapide avec une intégration à l’échelle de la puce, une haute fidélité et une faible consommation.
« Pour relever ces défis, notre équipe a développé un système MWP qui combine une conversion électro-optique (EO) ultrarapide avec un traitement du signal multifonctionnel à faible perte sur une seule puce intégrée, ce qui n’a jamais été réalisé auparavant », a expliqué le professeur Wang.
De telles performances sont rendues possibles par un moteur de traitement MWP intégré basé sur une plate-forme de niobate de lithium (LN) à couches minces capable d’effectuer des tâches polyvalentes de traitement et de calcul de signaux analogiques.
« La puce peut effectuer des calculs analogiques à grande vitesse avec des bandes passantes de traitement ultra-larges de 67 GHz et d’excellentes précisions de calcul », a déclaré Feng Hanke, doctorant à l’EE et premier auteur de l’article.
Photonique pionnière au niobate de lithium
L’équipe se consacre à la recherche sur la plateforme photonique intégrée LN depuis plusieurs années. En 2018, des collègues de l’Université Harvard et des laboratoires Nokia Bell ont développé les premiers modulateurs électro-optiques intégrés compatibles CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire) au monde sur la plate-forme LN, jetant ainsi les bases de la percée actuelle de la recherche. Le LN est surnommé le « silicium de la photonique » en raison de son importance pour la photonique, comparable au silicium en microélectronique.
Leurs travaux ouvrent un nouveau domaine de recherche, à savoir la photonique micro-onde LN, permettant des puces photoniques micro-ondes de taille compacte, avec une fidélité de signal élevée et une faible latence ; il représente également un moteur de traitement électronique et de calcul électronique analogique à l’échelle d’une puce.
Les premiers auteurs de l’article sont Feng Hanke et Ge Tong (premier cycle en EE). Le professeur Wang est l’auteur correspondant. Parmi les autres auteurs contributeurs figurent le Dr Guo Xiaoqing, titulaire d’un doctorat en EE ; Dr Chen Zhaoxi, Dr Zhang Ke, Dr Zhu Sha (également à l’Université de technologie de Pékin), Dr Sun Wenzhao (maintenant à CityUHK (Dongguan)), postdoctorants EE ; et Zhang Yiwen, doctorant en EE ; et collaborateurs (Wang Benshan, professeur Huang Chaoran et professeur Yuan Yixuan) de CUHK.
