コンピューティング技術の進歩に伴い、私たちは大型のシングルチップ プロセッサの使用から、「チップレット」と呼ばれる小型の特殊チップで構成されるシステムに移行してきました。これらのチップレットは連携して動作し、処理能力と効率を向上させます。
1台のマシンに搭載できるトランジスタの数の物理的限界に達しているため、この移行は非常に重要です。シングルチップ。トランジスタが縮小するにつれて、過熱や電力効率の低下などの問題がさらに深刻になります。1] 1 つのシステムで複数のチップレットを使用すると、これらの物理的な制約に直面することなくコンピューティング能力を向上させることができます。
チップレット間の通信の課題
従来、チップ内の通信は、データ ハイウェイのように機能するネットワーク オン チップ (NoC) と呼ばれるシステムによって管理されてきました。この方法は、システムが複雑になるにつれて、特に複数のチップレットを使用すると非効率になります。データはより多くのグリッド ポイントを越えてより遠くまで移動する必要があるため、通信が遅くなり、通信量が増加します。エネルギー消費。
このアプローチをさまざまなチップレットに拡張すると、Network-in-Package (NiP) として知られるものが作成されます。ただし、有線接続がデータ転送の大半を占めるため、遅延、エネルギー効率の低下、スケーラビリティの制限といった同じ問題が依然として存在します。
これらの問題を解決するために、研究者たちは研究を行っています無線通信チップレベルで。チップレットは、ワイヤーに依存する代わりに、小さなアンテナを使用して無線で通信できます。
テラヘルツ (THz) 周波数、電磁波赤外線とマイクロ波の間で提供高速データ転送、この用途に最適です。ただし、THz 信号はノイズに非常に敏感であるため、通信が中断され、送信されたデータの解読が困難になります。
フロッケット エンジニアリング: 信号検出の改善
私たちの研究では、Floquet エンジニアリングを使用してこの問題に対処しています。量子物理学これは、高周波信号にさらされたときの材料内の電子の挙動を制御するのに役立ちます。[2、3、4] この技術により、システムは特定の周波数に対する応答性が向上し、ノイズの多い状況でも THz ワイヤレス信号の検出とデコードが向上します。
私たちはこの方法を二次元半導体量子井戸 (2DSQW)、つまり電子の動きを二次元に制限する非常に薄い半導体材料の層に適用しました。この設定により、ノイズ干渉が大きい場合でも、THz 信号を検出するシステムの能力が強化されます。私たちの研究は、出版されたで通信の選択された領域に関する IEEE ジャーナル。
より正確な通信を実現するデュアルシグナリング アーキテクチャ
ノイズ処理をさらに改善するために、2 つの受信機が連携して信号を監視するデュアル シグナリング アーキテクチャを開発しました。この設定により、システムは基準電圧と呼ばれる重要なパラメータを調整できます。騒音レベル検出されました。このリアルタイム調整により、信号のデコード精度が大幅に向上します。
私たちのシミュレーションでは、このデュアル シグナリング システムが従来のシングル レシーバー システムと比較してエラー率を低減し、チップスケールのワイヤレス通信の重要な要件であるノイズの多い環境でも信頼性の高い通信を確保できることがわかりました。
ノイズと信号劣化の課題を克服することで、当社のデュアルシグナリング技術は、チップレット用の高速でノイズに強い無線通信の開発において重要な進歩をもたらします。このイノベーションにより、将来のテクノロジーに対応する、より効率的でスケーラブルで適応性のあるコンピューティング システムの構築に近づくことができます。
この物語はその一部ですサイエンス X ダイアログ、研究者は出版された研究論文からの発見を報告できます。このページにアクセスしてくださいScience X Dialog と参加方法については、こちらをご覧ください。
詳細情報:Kosala Herath et al、「Floquet Engineering-Based Chip-Scale Wireless Communication におけるノイズ耐性を強化するためのデュアルシグナリング アーキテクチャ」通信の選択された領域に関する IEEE ジャーナル（2024年）。DOI: 10.1109/JSAC.2024.33992061
Malin Premaratne および Govind P. Agrawal、ナノスケール量子デバイスの理論的基礎、ケンブリッジ大学出版局 (2021)。DOI: 10.1017/97811086344722Kosala Herath et al、ドレスド量子ホール システムの電荷輸送特性の一般化モデル、Physical Review B (2022)。
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.0354303Kosala Herath et al、プラズモニック導波路におけるドレスされた表面プラズモンポラリトンモードのフロケットエンジニアリング、Physical Review B (2022)。
DOI: 10.1103/PhysRevB.106.2354224Kosala Herath et al、ショットキー接合ベースの表面プラズモニック導波路を最適化するためのフロケット工学アプローチ、Scientific Reports (2023)。
DOI: 10.1038/s41598-023-37801-x略歴:コーサラ ヘラスは理学士号を取得しました。
2018 年にスリランカのモラトゥワ大学で電子通信工学の学位（優等）を取得しました。現在、博士号取得を目指しています。
オーストラリアのモナシュ大学電気・コンピュータシステム工学科で学位を取得。2018 年から 2020 年まで、彼は WSO2 Inc. に在籍していました。彼の研究対象には、ナノプラズモニクス、非平衡多体量子システム、チップスケール無線通信システム、量子コンピューティングなどがあります。
アンパラヴァナピライ ニルマラサスは博士号を取得しました。メルボルン大学で電気電子工学の学位を取得。彼は現在、工学情報技術学部の学部長代理、ワイヤレス イノベーション研究所 (WILAB) の責任者、およびメルボルン大学の電気電子工学の教授を務めています。現在の研究対象には、マイクロ波フォトニクス、光無線ネットワーク統合、ブロードバンド ネットワーク、フォトニック リザーバとエッジ コンピューティング、通信およびインターネット サービスのスケーラビリティが含まれます。2021 年からは、IEEE Photonics Society の Future Technologies Task Force の委員長を務めています。2020 年から 2021 年まで、IEEE Future Networks Initiative の光学ワーキング グループの共同議長を務めました。彼は、オーストラリア科学アカデミーの情報通信科学に関する全国委員会の副共同委員長でもあります。
Sarath D. Gunapala が博士号を取得しました。1986 年に米国ペンシルベニア州ピッツバーグのピッツバーグ大学で物理学の学位を取得しました。それ以来、AT&T ベル研究所で III-V 化合物半導体ヘテロ構造の赤外線特性と赤外線イメージング用の量子井戸赤外線光検出器の開発を研究してきました。1992 年に、米国カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学の NASA ジェット推進研究所に入社し、現在は赤外線光検出器センターの所長を務めています。彼はまた、NASA ジェット推進研究所の上級研究員およびエンジニアリング スタッフの主任メンバーでもあります。彼は、赤外線イメージング焦点面アレイに関する書籍のいくつかの章を含む 300 冊以上の出版物を執筆しており、26 件の特許を取得しています。
マリン・プレマラトネは、メルボルン大学で学士号を含むいくつかの学位を取得しました。数学ではB.E.1995 年、1995 年、1998 年にそれぞれ電気電子工学の学士号（第一級の優等賞受賞）と博士号を取得しました。彼は、2004 年以来、クレイトンにあるモナシュ大学のアドバンスト コンピューティングおよびシミュレーション研究所で、複雑システム シミュレーションへのハイパフォーマンス コンピューティング アプリケーションの研究プログラムを主導してきました。現在、彼はモナシュ大学の学術委員会の副学長を務めています。正教授。プレマラトネ教授は、モナシュ大学での研究に加えて、カリフォルニア工科大学のジェット推進研究所、メルボルン大学、オーストラリア国立大学、カリフォルニア大学ロサンゼルス校、カリフォルニア大学など、いくつかの著名な機関の客員研究員でもあります。ニューヨーク州ロチェスター大学とオックスフォード大学。彼は 250 以上の雑誌論文と 2 冊の本を出版しており、以下を含むいくつかの主要な学術雑誌で副編集者を務めています。IEEE フォトニクス技術レター、IEEE フォトニクス ジャーナルそして光学とフォトニクスの進歩。プレマラトネ教授の光学およびフォトニクス分野への貢献は、米国光学会フェロー (FOSA)、米国光光学計測技術者協会 (FSPIE)、英国物理学会 (FInstP) など、数多くのフェローシップで認められています。）、英国工科大学（FIET）、オーストラリア工科大学（FIEAust）。
引用:量子からワイヤレスへ: テラヘルツ技術によるチップスケール通信の強化 (2024 年 9 月 25 日)2024 年 9 月 25 日に取得https://techxplore.com/news/2024-09-quantum-wireless-chip-scale-communication.html より
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