設(shè)計挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PNN）無法高效處理需要時間記憶的復(fù)雜模式識別任務(wù)，并且其芯片尺寸空間利用效率較低，這限制了全光計算在高速信號處理中的應(yīng)用。為解決傳統(tǒng)PNN面臨的性能局限和芯片空間利用效率低等諸多前沿性問題，諾基亞貝爾實驗室的黃小安博士首次提出了創(chuàng)新的專利性的全光循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ORNN）架構(gòu) [1]。
解決方案
研究團(tuán)隊選擇PIC Studio作為設(shè)計平臺，利用其完整的設(shè)計流程來實現(xiàn)創(chuàng)新的專利性的ORNN架構(gòu)。PhotoCAD用于精確布局設(shè)計，實現(xiàn)了該ORNN提出的創(chuàng)新的巧妙的定向耦合器和循環(huán)移相器的光學(xué)連接。Advanced SDL功能確保設(shè)計一致性，自動生成布局腳本并保持幾何關(guān)系準(zhǔn)確。pSim仿真環(huán)境使團(tuán)隊能夠在同一平臺上比較ORNN和傳統(tǒng)PNN的性能。
圖1：使用PIC Studio作為設(shè)計平臺
圖2:制造完成的ORNN芯片顯微鏡照片
圖3：ORNN芯片測試裝置，實測插入損耗為15.221 dB（發(fā)射端13dBm，接收端CH4通道-2.221dBm）
實驗結(jié)果
測試結(jié)果清楚地展示了ORNN設(shè)計的優(yōu)勢。在相同測試條件下，傳統(tǒng)四延遲PNN完全無法實現(xiàn)模式檢測，而ORNN成功完成七位模式相關(guān)檢測。通過精確測量得到的插入損耗數(shù)據(jù)驗證了器件的實際性能，也驗證了該ORNN的優(yōu)異性能。
圖4：性能對比結(jié)果顯示ORNN（紅色）方案相比傳統(tǒng)PNN（藍(lán)色）方案的明顯優(yōu)勢
技術(shù)價值
這項工作證明了先進(jìn)設(shè)計工具在光電子集成芯片開發(fā)中的實用價值。PIC Studio的集成環(huán)境使復(fù)雜的設(shè)計迭代和性能驗證更加高效，幫助研究團(tuán)隊將理論概念轉(zhuǎn)化為實際可用的器件。該創(chuàng)新的ORNN設(shè)計通過全光處理方式替代高功耗數(shù)字信號處理，為光通信系統(tǒng)的能效提升提供了新的技術(shù)路徑。
我們祝賀黃小安博士在全光循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方面取得的成功。
黃小安博士寄語
全光循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ORNN）架構(gòu)的提出，突破了傳統(tǒng)光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜時間模式處理和芯片空間利用上的局限。我們依托PhotoCAD高效完成光子芯片的精準(zhǔn)布局，并結(jié)合pSim Plus實現(xiàn)系統(tǒng)級光電協(xié)同仿真，極大提升了設(shè)計與驗證效率。實驗結(jié)果表明，ORNN在模式識別能力和能效表現(xiàn)上均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方案，為全光信號處理開辟了嶄新路徑。
參考來源
[1] 科技服務(wù) | 流片成功！第五屆光電子集成芯片設(shè)計培訓(xùn)實踐班優(yōu)秀設(shè)計方案成功流片
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