可重構光學算術邏輯單元芯片研制成功

　　記者24日從蘭州大學獲悉，該校物理科學與技術學院田永輝教授團隊在光學數字計算領域取得重要進展。該團隊研制出一種可重構光學算術邏輯單元芯片，將多種邏輯與算術運算集成于同一硬件平臺。相關成果發表于國際權威期刊《自然·通訊》。

　　隨著人工智能與數據密集型應用對高速、低時延計算需求的激增，傳統電子集成電路正面臨摩爾定律放緩、互連帶寬受限和功耗持續上升等挑戰。集成光子技術憑借大帶寬、高速并行處理和低傳輸時延等優勢，為突破電子計算瓶頸提供了重要的技術路徑。

　　基于這一背景，研究團隊依托成熟的硅光子集成平臺，利用微環調制器體積小、調制速度快、功耗低且易于電控重構的特點，研制出可實現多種邏輯與算術功能動態切換的光學數字計算芯片。團隊通過級聯微環構建基本邏輯單元，實現了NOT、AND、OR、XOR和XNOR等多種邏輯運算；同時引入波長維度并行處理不同二進制位，使同一硬件架構能夠動態切換為2比特加法器、減法器和數值比較器，無需重新設計芯片結構。

　　芯片基于220納米硅絕緣體平臺制備，每個微環集成載流子耗盡型高速電光調制結構和熱調諧單元，可分別完成高速數據加載與工作波長校準。實驗結果表明，該系統在20Gbit/s速率下實現了基本邏輯運算及算術功能，計算密度達到528Gbit/s2，能效達12.36fJ/bit。

　　在此基礎上，團隊完成了高速數據加密與解密、醫學圖像水印嵌入和圖像差異增強等應用驗證，展示了該架構從基礎邏輯器件向多功能光學數字計算系統擴展的能力。

　　田永輝表示，該工作為構建高密度、低功耗、可重構的光子算術邏輯處理芯片提供了新的實現路徑，也為光學數字計算在高速信息處理和片上智能計算中的應用奠定了器件基礎。