A medida que avanza la tecnología informática, hemos pasado del uso de grandes procesadores de un solo chip a sistemas compuestos por chips especializados más pequeños llamados "chiplets".Estos chiplets trabajan juntos para aumentar la potencia y la eficiencia del procesamiento.
Esta transición es crucial porque hemos alcanzado los límites físicos de cuántos transistores pueden caber en unchip único.A medida que los transistores se reducen, problemas como el sobrecalentamiento y la ineficiencia energética se vuelven más graves.1] El uso de múltiples chiplets en un sistema puede aumentar la potencia informática sin enfrentar estas limitaciones físicas.
El desafío de la comunicación entre chiplets
Tradicionalmente, la comunicación dentro de un chip ha sido gestionada por un sistema llamado Network-on-Chip (NoC), que actúa como una autopista de datos.Este método se vuelve ineficiente a medida que los sistemas se vuelven más complejos, especialmente con múltiples chiplets.Los datos tienen que viajar más lejos a través de más puntos de la red, lo que ralentiza la comunicación y aumentaconsumo de energía.
Cuando escalamos este enfoque a varios chiplets, creamos lo que se conoce como red en paquete (NiP).Sin embargo, todavía existen los mismos problemas (retrasos, ineficiencia energética y escalabilidad limitada) ya que las conexiones por cable dominan la transferencia de datos.
Para resolver estos problemas, los investigadores están explorandocomunicación inalámbricaa nivel de chip.En lugar de depender de cables, los chiplets podrían comunicarse de forma inalámbrica mediante antenas diminutas.
frecuencias de terahercios (THz),ondas electromagnéticasentre infrarrojos y microondas, ofertatransferencia de datos de alta velocidad, haciéndolos ideales para esta aplicación.Sin embargo, las señales de THz son muy sensibles al ruido, lo que interrumpe la comunicación y dificulta la decodificación de los datos transmitidos.
Ingeniería de floquetos: mejora de la detección de señales
Nuestra investigación aborda este tema con la ingeniería Floquet, una técnica defísica cuánticaque ayuda a controlar el comportamiento de los electrones en un material cuando se exponen a señales de alta frecuencia.2,3,4] Esta técnica hace que el sistema responda mejor a ciertas frecuencias, mejorando la detección y decodificación de señales inalámbricas de THz, incluso en condiciones ruidosas.
Aplicamos este método a un pozo cuántico semiconductor bidimensional (2DSQW), una capa muy delgada de material semiconductor que restringe el movimiento de los electrones a dos dimensiones.Esta configuración mejora la capacidad del sistema para detectar señales de THz, incluso cuando la interferencia de ruido es alta.Nuestra investigación espublicadoen elRevista IEEE sobre áreas seleccionadas de comunicaciones.
Arquitectura de señalización dual para una comunicación más precisa
Para mejorar aún más el manejo del ruido, desarrollamos una arquitectura de señalización dual, donde dos receptores trabajan juntos para monitorear las señales.Esta configuración permite al sistema ajustar un parámetro clave, llamado voltaje de referencia, basado en elniveles de ruidodetectado.Este ajuste en tiempo real mejora significativamente la precisión de la decodificación de la señal.
Nuestras simulaciones demostraron que este sistema de señalización dual reduce las tasas de error en comparación con los sistemas tradicionales de un solo receptor, lo que garantiza una comunicación confiable en entornos ruidosos, un requisito crítico para la comunicación inalámbrica a escala de chip.
Al superar los desafíos del ruido y la degradación de la señal, nuestra técnica de señalización dual marca un avance clave en el desarrollo de comunicaciones inalámbricas de alta velocidad y resistentes al ruido para chiplets.Esta innovación nos acerca a la creación de sistemas informáticos más eficientes, escalables y adaptables para las tecnologías del mañana.
Esta historia es parte deDiálogo Ciencia X, donde los investigadores pueden informar los resultados de sus artículos de investigación publicados.Visita esta paginapara obtener información sobre Science X Dialog y cómo participar.
Más información:Kosala Herath et al, Una arquitectura de señalización dual para mejorar la resiliencia al ruido en la comunicación inalámbrica a escala de chip basada en ingeniería de Floquet,Revista IEEE sobre áreas seleccionadas de comunicaciones(2024).DOI: 10.1109/JSAC.2024.33992061
Malin Premaratne y Govind P. Agrawal, Fundamentos teóricos de los dispositivos cuánticos a nanoescala, Cambridge University Press (2021).DOI: 10.1017/97811086344722Kosala Herath et al, Modelo generalizado para las propiedades de transporte de carga de sistemas Hall cuánticos vestidos, Physical Review B (2022).
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.0354303Kosala Herath et al, Ingeniería de floquet de modos de polariton de plasmón de superficie revestida en guías de ondas plasmónicas, Physical Review B (2022).
DOI: 10.1103/PhysRevB.106.2354224Kosala Herath et al, Un enfoque de ingeniería de Floquet para optimizar las guías de ondas plasmónicas de superficie basadas en uniones Schottky, Scientific Reports (2023).
DOI: 10.1038/s41598-023-37801-xBiografías:Kosala Herath recibió el B.Sc.
Licenciatura (con honores) en ingeniería electrónica y de telecomunicaciones de la Universidad de Moratuwa, Sri Lanka, en 2018. Actualmente está cursando el doctorado.
Licenciado en el Departamento de Ingeniería de Sistemas Eléctricos e Informáticos de la Universidad de Monash, Australia.De 2018 a 2020, trabajó en WSO2 Inc. Sus intereses de investigación incluyen la nanoplasmónica, los sistemas cuánticos de muchos cuerpos en desequilibrio, los sistemas de comunicación inalámbrica a escala de chip y la computación cuántica.
Ampalavanapillai Nirmalathas recibió el Ph.D.Licenciado en ingeniería eléctrica y electrónica de la Universidad de Melbourne.Actualmente es Decano interino de la Facultad de Ingeniería y Tecnología de la Información, Director del Laboratorio de Innovación Inalámbrica (WILAB) y Profesor de ingeniería eléctrica y electrónica en la Universidad de Melbourne.Sus intereses de investigación actuales incluyen fotónica de microondas, integración de redes ópticas e inalámbricas, redes de banda ancha, depósito fotónico y computación de borde, y escalabilidad de servicios de telecomunicaciones e Internet.Desde 2021, es presidente del Grupo de Trabajo de Tecnologías Futuras de la IEEE Photonics Society.De 2020 a 2021, fue copresidente del Grupo de Trabajo de Óptica de la Iniciativa IEEE Future Networks.También es copresidente adjunto del Comité Nacional de Ciencias de la Información y la Comunicación de la Academia de Ciencias de Australia.
Sarath D. Gunapala recibió el Ph.D.Licenciado en Física por la Universidad de Pittsburgh, Pittsburgh, PA, EE. UU., en 1986. Desde entonces, ha estudiado las propiedades infrarrojas de las heteroestructuras de semiconductores compuestos III-V y el desarrollo de fotodetectores infrarrojos de pozos cuánticos para imágenes infrarrojas en los Laboratorios AT&T Bell.En 1992, se incorporó al Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en el Instituto de Tecnología de California, Pasadena, CA, EE. UU., donde actualmente es Director del Centro de Fotodetectores Infrarrojos.También es investigador científico senior y miembro principal del personal de ingeniería del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.Es autor de más de 300 publicaciones, incluidos varios capítulos de libros sobre conjuntos de planos focales de imágenes infrarrojas, y posee 26 patentes.
Malin Premaratne obtuvo varios títulos de la Universidad de Melbourne, incluido un B.Sc.en matemáticas, un B.E.en ingeniería eléctrica y electrónica (con honores de primera clase) y un doctorado en 1995, 1995 y 1998, respectivamente.Ha estado liderando el programa de investigación en aplicaciones informáticas de alto rendimiento para simulaciones de sistemas complejos en el Laboratorio de Simulación y Computación Avanzada de la Universidad de Monash, Clayton, desde 2004. Actualmente, se desempeña como vicepresidente de la Junta Académica de la Universidad de Monash y esun Profesor Titular.Además de su trabajo en la Universidad de Monash, el profesor Premaratne también es investigador visitante en varias instituciones prestigiosas, incluido el Laboratorio de Propulsión a Chorro de Caltech, la Universidad de Melbourne, la Universidad Nacional de Australia, la Universidad de California en Los Ángeles, la Universidad deRochester Nueva York y la Universidad de Oxford.Ha publicado más de 250 artículos en revistas y dos libros y se ha desempeñado como editor asociado de varias revistas académicas líderes, incluidasCartas de tecnología fotónica IEEE,Revista de fotónica IEEEyAvances en Óptica y Fotónica.Las contribuciones del profesor Premaratne al campo de la óptica y la fotónica han sido reconocidas con numerosas becas, incluida la de la Sociedad Óptica de América (FOSA), la Sociedad de Ingenieros de Instrumentación Fotoóptica de EE. UU. (FSPIE), el Instituto de Física del Reino Unido (FInstP), la Institución de Ingeniería y Tecnología del Reino Unido (FIET) y el Instituto de Ingenieros de Australia (FIEAust).
Citación:De lo cuántico a lo inalámbrico: mejora de la comunicación a escala de chip con tecnología de terahercios (25 de septiembre de 2024)recuperado el 25 de septiembre de 2024de https://techxplore.com/news/2024-09-quantum-wireless-chip-scale-communication.html
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