FuSe-TG: Electronic-Photonic Systems-on-Chip for Computation, Communication and Sensing
FuSe-TG:用于计算、通信和传感的电子光子片上系统
基本信息
- 批准号:2235466
- 负责人:
- 金额:$ 40万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-06-01 至 2025-05-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The research vision is to create a breakthrough in the capability of future semiconductor technologies - to develop devices, circuits, systems, process, design flow and tools, and train students, in a novel platform for electronic-photonic systems-on-chip (EPSoCs) in advanced CMOS foundry processes, addressing a range of key applications in computing, communication and sensing. Semiconductor technology is entering a new age as the transistor scaling that has provided the past 50 years of progress slows down. Electronic-photonic (EP) integration offers a path to revolutionizing these capabilities via powerful new systems-on-chip (SoCs) for applications from optical input/output (I/O) today, through future radio frequency/mm-wave signal processing for 5G/6G wireless, light detection and ranging (lidar) imaging, and new paradigms for computing like artificial intelligence (AI) scale-out fabrics, photonics-interfaced superconducting electronics, and quantum computing. This path of innovation requires a convergent, interdisciplinary co-design approach intertwining the skills of photonics designers, electronic circuit/system designers, process engineers, and system/application experts. Researchers plan to utilize initial proof-of-concept developments to team with the domain and application experts and establish a base research and educational portfolio and a research team to shape the Center-scale Co-Design research effort.Monolithic electronics-photonics integration has been demonstrated by the members of the team - its use and advantage in classical optical interconnects, as well as the design of the first photon-pair source with integrated electronic sensing and control, molecular and ultrasound eletronic-photonic sensor systems-on-chip, a design of the mm-wave analog photonic link and a demonstration of the first cryo-photonic link. The goal in this work is to establish an effective co-design team with application domain experts to further develop the architectures and system-to-device modeling methodologies and co-design efforts along the three key research vectors in computation, communication and sensing, to establish a research and educational foundation for future Center-scale Co-Design research effort. Furthermore, these EPSoC concepts will be developed in a new, photonics-optimized high-volume electronic-photonic process (45nm SPCLO SOI CMOS) enabled by the team’s previous work. In the long-term, this work will create an EPSoCs platform that leverages state-of-the-art CMOS foundry technology. It will develop a framework (block libraries, tools, models and design methodologies) for low cost, rapid innovation and design of sophisticated EPSoCs. It will also democratize EPSoC technology making it accessible to a broader research, industrial and even educational community (e.g. making possible EPSoC chip design through open-source design tools and generator libraries).This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
研究愿景是在未来半导体技术能力上取得突破-在先进的CMOS代工工艺中的电子光子片上系统(EPSoCs)的新型平台上开发设备、电路、系统、工艺、设计流程和工具,并培训学生,解决计算、通信和传感领域的一系列关键应用。半导体技术正在进入一个新的时代,因为过去50年来提供进步的晶体管规模正在放缓。电子-光子(EP)集成提供了一条途径,通过强大的新型片上系统(SoC)彻底改变这些功能,适用于从今天的光输入/输出(I/O)到未来5G/6 G无线射频/毫米波信号处理、光探测和测距(激光雷达)成像以及人工智能(AI)横向扩展结构、光子接口超导电子器件、和量子计算。这条创新之路需要一种融合的跨学科协同设计方法,将光子学设计师、电子电路/系统设计师、工艺工程师和系统/应用专家的技能交织在一起。研究人员计划利用最初的概念验证开发与领域和应用专家合作,建立一个基础研究和教育组合以及一个研究团队,以形成中心规模的协同设计研究工作。团队成员已经展示了单片电子-光子集成-它在经典光学互连中的用途和优势,以及第一个光子对源的设计,该光子对源具有集成的电子传感和控制、分子和超声电子光子传感器片上系统、毫米波模拟光子链路的设计和第一个低温光子链路的演示。这项工作的目标是建立一个有效的协同设计团队与应用领域的专家,进一步发展的架构和系统到设备的建模方法和协同设计工作沿着三个关键的研究向量在计算,通信和传感,建立一个研究和教育基础,为未来的中心规模的协同设计研究工作。此外,这些EPSoC概念将在一个新的,光子学优化的大容量电子-光子工艺(45 nm SPCLO SOI CMOS)中开发,该工艺由该团队以前的工作实现。从长远来看,这项工作将创建一个EPSoC平台,利用最先进的CMOS代工技术。它将开发一个框架(块库,工具,模型和设计方法),用于低成本,快速创新和复杂EPSoC的设计。它还将使EPSoC技术民主化,使其能够被更广泛的研究、工业甚至教育界所使用(例如,通过开源设计工具和生成器库使EPSoC芯片设计成为可能)。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
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