随着计算技术的进步，我们已经从使用大型单芯片处理器转向由称为“小芯片”的小型专用芯片组成的系统。这些小芯片协同工作可提高处理能力和效率。
这种转变至关重要，因为我们已经达到了一个芯片上可以容纳多少个晶体管的物理极限。单片机。随着晶体管尺寸的缩小，过热和功率低效等问题变得更加严重。[1] 在一个系统中使用多个小芯片可以提高计算能力，而无需面临这些物理限制。
Chiplet 之间通信的挑战
传统上，芯片内的通信由称为片上网络 (NoC) 的系统管理，该系统的作用类似于数据高速公路。随着系统变得越来越复杂，特别是对于多个小芯片，这种方法变得效率低下。数据必须在更多网格点上传输得更远，从而减慢了通信速度并增加了能源消耗。
当我们将此方法扩展到各种小芯片时，我们创建了所谓的网络封装（NiP）。然而，由于有线连接主导数据传输，同样的问题——延迟、能源效率低下和可扩展性有限——仍然存在。
为了解决这些问题，研究人员正在探索无线通讯在芯片层面。小芯片可以使用微型天线进行无线通信，而不是依赖电线。
太赫兹 (THz) 频率，电磁波介于红外线和微波之间，提供高速数据传输，使它们非常适合此应用。然而，太赫兹信号对噪声高度敏感，会扰乱通信并使传输数据的解码变得更加困难。
Floquet 工程：改进信号检测
我们的研究通过 Floquet 工程解决了这个问题，这项技术来自量子物理学当暴露于高频信号时，有助于控制材料中的电子行为。[2,3,4] 这项技术使系统对某些频率的响应更加灵敏，即使在嘈杂的条件下也能改善太赫兹无线信号的检测和解码。
我们将此方法应用于二维半导体量子阱（2DSQW）——一层非常薄的半导体材料，将电子运动限制在二维范围内。这种设置增强了系统检测太赫兹信号的能力，即使在噪声干扰很高时也是如此。我们的研究是发表在IEEE 通信选定领域期刊。
双信令架构可实现更准确的通信
为了进一步改善噪声处理，我们开发了一种双信号架构，其中两个接收器一起工作来监控信号。这种设置允许系统根据电压调整一个关键参数，称为参考电压。噪音水平检测到。这种实时调整显着提高了信号解码精度。
我们的模拟表明，与传统的单接收器系统相比，这种双信号系统降低了错误率，确保了在嘈杂环境中的可靠通信——这是芯片级无线通信的关键要求。
通过克服噪声和信号衰减的挑战，我们的双信号技术标志着在小芯片开发高速、抗噪声无线通信方面取得了重大进步。这项创新使我们距离为未来技术创建更高效、可扩展和适应性更强的计算系统又近了一步。
这个故事是科学X对话，研究人员可以报告他们发表的研究文章的发现。访问此页面有关 Science X Dialog 以及如何参与的信息。
更多信息：Kosala Herath 等人，一种用于增强基于 Floquet 工程的芯片级无线通信中的抗噪能力的双信令架构，IEEE 通信选定领域期刊（2024）。DOI：10.1109/JSAC.2024.33992061
Malin Premaratne 和 Govind P. Agrawal，《纳米级量子器件的理论基础》，剑桥大学出版社（2021 年）。数字号码：10.1017/97811086344722Kosala Herath 等人，修饰量子霍尔系统的电荷传输特性的广义模型，物理评论 B (2022)。
DOI：10.1103/PhysRevB.105.0354303Kosala Herath 等人，等离子体波导中修饰表面等离子体激元模式的 Floquet 工程，物理评论 B (2022)。
DOI：10.1103/PhysRevB.106.2354224Kosala Herath 等人，一种用于优化基于肖特基结的表面等离子体波导的 Floquet 工程方法，科学报告 (2023)。
DOI：10.1038/s41598-023-37801-x简介：Kosala Herath 获得理学学士学位
2018 年，他在斯里兰卡莫拉图瓦大学获得电子和电信工程荣誉学士学位。他目前正在攻读博士学位。
澳大利亚莫纳什大学电气与计算机系统工程系博士学位。2018年至2020年，他在WSO2 Inc工作。他的研究兴趣包括纳米等离子体、非平衡多体量子系统、芯片级无线通信系统和量子计算。
Ampalavanapillai Nirmalathas 获得博士学位。墨尔本大学电气与电子工程学士学位。他目前担任墨尔本大学工程与信息技术学院代理院长、无线创新实验室 (WILAB) 负责人以及电气与电子工程教授。他目前的研究兴趣包括微波光子学、光无线网络集成、宽带网络、光子存储和边缘计算以及电信和互联网服务的可扩展性。自 2021 年以来，他一直担任 IEEE 光子学协会未来技术工作组主席。2020 年至 2021 年，他担任 IEEE 未来网络倡议光学工作组联合主席。他还是澳大利亚科学院国家信息与通信科学委员会副主席。
Sarath D. Gunapala 获得博士学位。1986年获得美国宾夕法尼亚州匹兹堡大学物理学博士学位。此后，他在AT&T贝尔实验室研究III-V族化合物半导体异质结构的红外特性以及用于红外成像的量子阱红外光电探测器的开发。1992年，他加入美国加利福尼亚州帕萨迪纳加州理工学院美国宇航局喷气推进实验室，现任红外光电探测器中心主任。他还是美国宇航局喷气推进实验室的高级研究科学家和工程人员的主要成员。他撰写了 300 多篇出版物，包括多篇有关红外成像焦平面阵列的书籍章节，并拥有 26 项专利。
Malin Premaratne 在墨尔本大学获得了多个学位，包括理学士学位。数学学士学位分别于 1995 年、1995 年和 1998 年获得电气和电子工程学士学位（一级荣誉）和博士学位。自 2004 年以来，他一直在克莱顿莫纳什大学高级计算和模拟实验室领导高性能计算应用到复杂系统模拟的研究项目。目前，他担任莫纳什大学学术委员会副主席，并担任莫纳什大学学术委员会副主席。正教授。除了在莫纳什大学的工作外，Premaratne 教授还是多所著名机构的客座研究员，包括加州理工学院喷气推进实验室、墨尔本大学、澳大利亚国立大学、加州大学洛杉矶分校、澳大利亚大学纽约罗切斯特和牛津大学。他发表了 250 多篇期刊论文和两本书，并担任多种领先学术期刊的副主编，包括IEEE 光子技术通讯,IEEE 光子学杂志和光学和光子学的进展。Premaratne 教授在光学和光子学领域的贡献获得了众多奖学金的认可，包括美国光学学会 (FOSA)、美国光电仪器工程师学会 (FSPIE)、英国物理研究所 (FInstP) 院士）、英国工程技术学会 (FIET) 和澳大利亚工程师学会 (FIEAust)。
引文：从量子到无线：利用太赫兹技术增强芯片级通信（2024 年 9 月 25 日）检索日期：2024 年 9 月 25 日来自 https://techxplore.com/news/2024-09-quantum-wireless-chip-scale-communication.html
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