硅基集成光学数字信号处理器的研究

Mass data processing technology is demanded in many fields related to national security, national economy and people's livelihood. Limited by electronic bottleneck, electrical processing technology starts to face the difficulty of meeting the requirements of high-speed and real-time processing of exponentially growing data. It is urgent to develop new potential mass data processing technology. Vector-matrix multiplication is an extremely important basic operation in many modern disciplines. Due to the intrinsic inherent parallelism and high-speed modulation of optics, adding an optical processing core to electrical processor is an efficient way to realizing high-performance computing system..This proposal intends to study the silicon-based integrated optical digital signal processor. We will focus on the study of the system design methodology of silicon-based integrated optical digital signal processor, structual design of silicon-based integrated optical digital signal processor (including high-speed, high-optical-bandwidth modulator array, fan-out and fan-in of optical vector, Wavelength addressable high-speed modulator matrix, the functional integration of optical digital signal processor), the manufacturing processs and characterization of silicon-based integrated optical digital signal processor. We plan to develop the silicon-based integrated optical digital signal processor with a computing speed of ten billion multiplication and accumulation per second at the termination of this proposal.

在涉及国家安全与关系国计民生的重要领域，都迫切需要海量数据处理技术。受电子瓶颈的限制，传统的电学处理开始难以满足逐年以指数速率增长的数据量的实时、高速处理要求，发展新的有潜力的海量数据处理技术迫在眉睫。向量-矩阵乘法在众多的学科领域都是一种非常重要的基本运算，利用光学并行和高速调制的特性，为电学处理器加入光学运算内核是非常有前景而又切实可行的实现高性能计算的方案。.本课题提出光学数字信号处理器的硅基集成化方案，重点开展硅基集成光学数字信号处理器的系统设计、硅基集成光学数字信号处理器的结构设计（包括：高光学带宽、高速硅光调制器列阵的研究、光学向量扇出与扇入技术的研究、波长可寻址高速光调制器矩阵的研究、光学数字信号处理器集成技术的研究）、硅基集成光学数字信号处理器的制作工艺、光学数字信号处理器的测试技术等的研究。预期研制出计算速度为百亿次乘加运算/秒的硅基集成光学数字信号处理器。

在涉及国家安全与关系国计民生的重要领域，都迫切需要海量数据处理技术。受电子瓶颈的限制，传统的电学处理开始难以满足逐年以指数速率增长的数据量的实时、高速处理要求，发展新的有潜力的海量数据处理技术迫在眉睫。向量-矩阵乘法在众多的学科领域都是一种非常重要的基本运算，利用光学并行和高速调制的特性，为电学处理器加入光学运算内核是非常有前景而又切实可行的实现高性能计算的方案。.本项目提出了光学数字信号处理器的硅基集成化方案，重点开展了硅基集成光学数字信号处理器的系统设计、硅基集成光学数字信号处理器的结构设计（包括：高光学带宽、高速硅光调制器列阵的研究、光学向量扇出与扇入技术的研究、波长可寻址高速光调制器矩阵的研究、光学数字信号处理器集成技术的研究）、硅基集成光学数字信号处理器的制作工艺、光学数字信号处理器的测试技术等的研究。.项目组通过五年的努力，取得了一系列的研究成果，达到了项目目标，制作出了每秒完成160亿乘加运算的硅基光学信号处理器，完成了项目申请时的所有指标要求。同时完成了64Gbps的Mach-Zehnder硅光调制器和32Gbps的微环调制器的研制工作。.通过本项目的实施，中科院半导体所成功将硅基集成光学矩阵处理器的速度达到了160亿次每秒，计算速度方面已经接近电学处理器，从而使硅基集成光学矩阵处理器的研究向前迈了一大步。希望通过后续的努力能够继续提高硅基集成光学矩阵处理器的速度，充分发挥光学并行计算的优势，未来能够采用该技术进行海量数据处理，为国民经济的发展做出贡献。