广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室

一、平台基本情况
　　1. 批准立项年份：2021年
　　2. 平台负责人：李朝晖
　　3. 平台联系人： 唐万婵,联系方式：15602239166

二、平台概述
　　广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室面向现代信息技术高度依赖的信息互联基础设施—光信息互联网络应用需求，针对当前直接限制现有数据中心互联可持续发展的三个瓶颈：带宽约束下的光互联容量瓶颈、能效约束下的电芯片信息处理能力瓶颈和空间约束下的光子器件容量密度瓶颈，通过探索光互联中支撑海量信息传输和交换的新型光信息系统，推动高处理性能的电芯片和高容量密度的芯片集成封装的研究，并结合数字信号处理技术，立足国家战略发展需求，解决我国当前信息处理光电子芯片领域国家急需关键技术问题，同时着手开发具有国际竞争力的下一代“光电混合集成处理芯片”。广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室将在超高速光互联领域展开器件-芯片-信息处理-系统架构-集成封装实现这一自下而上的从器件到系统的全链条研究，最终推动超大容量的数据中心互联及处理技术的实现为我国信息技术的可持续高速发展提供战略性技术储备，推动并加速我省在全国乃至全球的信息领域的领导地位。 

三、平台研究方向
　　1. 光信息处理功能模块
　　2. 低功耗计算模块
　　3. 光电混合集成封装

四、研究水平与贡献
　　代表性成果1：基于阻值型传感器的感内神经网络计算电路
　　感算技术研究方面，本研究提出并实现了基于阻值型传感器的感内神经网络计算电路。图像识别算法和电路对磁、光、压力、温度传感器具有通用性；单张图片的感内识别时间小于9μs，具有优越性；通过权重量化，电路功耗可降低46%。该代表性成果相关论文：
　　G. Zhao et al., "Computing Resistance-style Image Sensors for Artificial Neural Networks," in IEEE Internet of Things Journal, 2022.

　　代表性成果2：基于电流完成检测技术的异步电路
　　异步电路技术研究方面，本研究提出了一种基于电流完成检测技术的异步电路设计模板，并应用于异步RISC-V微处理器。与主流的RISC-V处理器相比，异步RISC-V处理器获得 1.48倍到3.23倍的能效提升。该代表性成果相关论文：
　　Y. Huang, S. Xiao, Z. Li and Z. Yu, "An Asynchronous Bundled-Data Template With Current Sensing Completion Detection Technique," in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, vol. 69, no. 9, pp. 3904-3908, Sept. 2022.

　　代表性成果3：低损耗硅基硫系光子集成器件的研制
　　提出光子芯片界面结构优化机理，打破硅基硫系光子芯片光学损耗高、性能差等限制，开发与硅光器件兼容的硅基硫系异质集成制备技术，制备了一系列新型高品质硅基硫系光子集成芯片，具有宽带透光窗口（0.5-10μm）、较高的折射率（n=2.3）和非线性系数(1.4×10-18 m2/W at 1550 nm)、较高受激布里渊增益和光声响应等特性，同时实现集成硫系光学微腔品质因子大于1x10^6的，单片上长度为30cm的光波导的光损耗小于0.2dB/cm，是目前国际上硅基硫系光子集成器件的最低损耗；并通过倒锥形端面耦合器设计，进一步降低光纤-芯片耦合损耗，开拓了该材料平台在片上器件的应用新性能和领域。相关结果发表在Laser & Photonics Reviews 16, 2100443, 2022。受国内著名光学期刊《光学学报》邀请撰写“硫系集成光子学”一文，介绍申请人团队在硫系集成光子器件方面的研究进展，并被选为2022年第23期封面文章。

　　代表性成果4：低功耗集成光频梳芯片
　　面向大容量光通信应用需求，提出色散调控和能量耗散协同优化机制，成功研制了较高的折射率和非线性系数、大传输带宽的等新型Ge25Sb10S65集成微腔芯片，通过精确色散调控工程和微纳加工工艺，实现了具有色散调控的硫系光子集成微腔器件，产生了带宽覆盖1450-1680 nm波段，泵浦功率仅为20mW的光频梳输出，具有低泵浦功率、相干性高等优势，可相当于200个半导体激光器阵列的密集波分复用通信光源（成本＞230万元，功率＞2 kW）；实现光频梳的特性调控和带宽提升，为开展大容量、低能耗的光通信应用奠定了基础。相关结果发表在Laser & Photonics Reviews, 202200219，2022。并获得授权中国发明专利一项（授权专利号CN113703246B，授权日期：2022-07-12），解决了片上集成光频梳不能长时间稳定锁频的难题。

　　代表性成果5：低计算复杂度的最大似然序列估计检测（MLSE）的研究与应用
　　系统带宽受限是当下高速光纤通信系统的一个主要问题。严重的带宽受限会在光纤通信系统中带来严重的码间串扰（ISI）问题，这将显著地降低系统性能。MLSE算法能够有效地解决带宽受限带来的相关问题，但是其极高的计算复杂度使得其难以实际部署。因此，本实验室提出了一种低复杂度的MLSE算法，称为判决域分区-MLSE（DRP-MLSE），来降低MLSE算法的复杂度。DRP-MLSE能够将具有较好质量的信号直接硬判决输出，对质量较差的信号进行减少状态的MLSE运算后再输出，从而使得计算复杂度显著降低。实验结果表明，将DRP-MLSE用于系统接收端数字信号处理的误码率性能，在硬判决前向纠错门限上，与常规的未降低复杂度的MLSE算法的性能相似，接收机灵敏度的损失几乎可以忽略不计。上述结果表明本实验室提出的低计算复杂度的DRP-MLSE算法，在数据中心互联中具有重要的应用前景。该工作发表在 Optics Letters, 2022, 47(17): 4387-4390。