半导体所硅基光学矩阵处理器研究取得突破

数字信号处理中的大多数算法均可转化为矩阵运算，光信号由于本征的并行和高带宽特性，非常适合进行矩阵运算。因此，为电学数字信号处理器嵌入光学 运算内核是非常有前景的高性能数字信号处理方案。自从美国Stanford大学的J. W. Goodman教授于1978年提出基于自由空间光学的光学矩阵处理器以来，光学矩阵运算获得了长足的发展。不过，基于自由空间光学的光学矩阵处理器存在体积大、功耗高、扩展性差、矩阵变化缓慢等不足，如何突破传统光学矩阵处理器的瓶颈成为目前光计算领域的一大难题。以色列著名光计算公司Lenslet公司首席科学家S. Eisenbach在MILCOM2003的报告中预测，未来光学矩阵运算将是基于硅芯片的技术，并且最终将取代现有的电学处理器。

中科院半导体研究所的科研人员于2007年底开始从事利用自由空间光学实现光学矩阵运算的研究。研究人员结合自身技术优势和光学矩阵运算的原理，提出了国际首个硅基集成光学矩阵处理器的方案（中国发明专利号：ZL.200810116741.0），早于美国Sandia国家实验室（美国发明专利号：US8027587B1）。从产生想法到突破关键技术，经过四年刻苦攻关，研究人员于2011年10月实现了载流子注入型调制的硅基集成光学矩阵处理器，计算速度为8000万次乘加运算/秒。

理论分析表明：随着工作频率和集成度的提高，未来硅基集成光学矩阵处理器的计算速度可达到1015~16乘加运算/秒，可比ADI公司的TigerSHARC处理器（1.92×1010MAC/s）快5个数量级。

该研究工作近日发表在著名光学期刊Optics Express（20 （2012） 13560-13566）上，获得了国际同行的高度评价。国际光计算的先驱J. W. Goodman教授评论说：“利用波分复用和波长选择性单元的确可以简化系统，并且所有单元都可集成到一个芯片上，是一个巨大的向前飞跃。”