面向6G移动通信Massive MIMO系统的深度学习光子芯片研究
批准号:
62101127
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
汪磊
依托单位:
学科分类:
移动通信
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪磊
中文摘要
本课题面向6G移动通信技术展开研究,针对Massive MIMO系统预编码矩阵求逆过程所需算力随规模呈指数增长的问题,力求解决传统算法和硬件面临的计算性能、速度和能耗等限制瓶颈。本课题计划构造深度学习算法,降低矩阵求逆运算复杂度,提高并行处理性能。在此基础上,通过超表面光芯片直接架构深度学习硬件,从而提出高速度、高效率的深度学习矩阵求逆硬件设计方案,从而进一步推动光子计算芯片在空天地海立体化的6G通信技术领域的发展。
英文摘要
This project is to address the challenges in developing 6th generation mobile communication technology, in which massive MIMO pre-coding requires inverting large-scale matrices that leads to exponential growth in demand of computing power. To solve the bottlenecks of performance, speed and energy consumption faced by traditional algorithms and hardware, this project plans to construct Deep Learning algorithms to reduce the complexity of matrix inversion and improve parallel processing performance. Based on this, we want to propose a high speed, high efficiency photonic deep learning matrix inversion hardware architect based on all-dielectric metasurfaces, and paves the roads for developing photonic computing chips for 6G mobile communication technology in land, sea, sky and even space.
本研究立足于解决全光子元器件较难实现高速非线性响应的问题,创造性地提出了采用硅和氮化硅双层薄膜为基础的新型微纳谐振天线结构, 深入探究了其构成的新型微纳光子元件。通过全波电磁场数值计算,对微纳天线进行多极子展开的频谱分析,并进一步优化设计出了具有特殊性质的微纳硅基双层光学天线,其电偶极子(ED)模式和磁偶极子(MD)模式在不同入射情况下分别出现了增强和劈裂的情况,使其具备优良的各向异性光学响应。本研究制备并测量了该新型纳米光子元件,其产生的非对称的光子三倍频激发信号,其显著指数达到了25 倍。本研究进一步得到了四种优化的微纳谐振天线,可对产生所生成三倍频光子信号进行参数化的非对称调制。实验中对这些亚波长非线性谐振器进行复杂的空间排布,可以构成对光线进行非对称调控的非线性光子超表面。这种对电和磁的米尔偶极子模式之间的各向异性耦合以及参量化的天线分布设计,使得此超表面可根据光照方向生成完全独立的不同三次谐波图像,从而具有可类似于电子二极管的光学非对称的光学响应以及空间强度调制。该研究成果揭示了一类由纳米级非线性光-物质相互作用实现的新型超表面功能,并有希望推动光子逻辑电路乃至新型移动通信系统的发展。
国内基金
海外基金