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Projekt
Photonisches Reservoir Computing basierend auf aktiven Silizium Mikro-Ringen
Fachliche Zuordnung
Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498410117
Neuromorphe Signalverarbeitung (NSP) ist in den vergangenen Jahren als Alternative zu klassischen Signalverarbeitungsalgorithmen und -prozessen entwickelt worden. Optische Übertragungssysteme können hiervon besonders profitieren, da NSP auch die Kompensation von Nichtlinearitäten ermöglicht. Anstatt die Signalverarbeitung explizit in den digitalen Signalprozessor (DSP) oder FPGA zu programmieren, verwendet die neuromorphe Signalverarbeitung einen fundamental anderen Ansatz. Sie benutzt künstliche neuronale Netzwerke (KNN), in denen die Maschine trainiert wird, ein grundlegendes physikalisches Modell zu lernen, auf dem die Signalverarbeitung basiert. Es ist jedoch äußerst anspruchsvoll, solch ein maschinelles Lernverfahren für Echtzeitsignalverarbeitung bei den geforderten Datenraten von mehreren Hundert Gb/s zu implementieren. Dies wird zukünftig noch schwieriger werden, wenn die Datenraten weiterhin exponentiell ansteigen. Es kann z.Z. vorhergesehen werden, dass die Signalbandbreite von elektronischen Schaltungen in der Größenordnung von etwa 100 GHz bis zu einigen Hundert GHz mittelfristig stagnieren wird. Deshalb ist es ratsam, einige Signalverarbeitungsschritte in die optische Ebene zu verschieben, in der eine viel größere Bandbreite von einigen THz schon heute zur Verfügung steht. Photonische Reservoircomputer (RC) können in skalierbarer Hardware implementiert werden, was einzigartig ist unter KNN. Im RC müssen nur der Eingang und Ausgang des KNN adaptiv ausgelegt werden und nicht das Netzwerk selbst. Die Verbindungen werden als sogenannte „Blackbox“ angenommen. Da die Transformation in einen höherdimensionalen Zustand in dem Reservoir erfolgt, ist auf der Ausgangsseite nur ein lineares Problem zu lösen. Die primäre Aufgabenstellung dieses Forschungsprojekts besteht darin, einen photonischen Reservoir-Computer zu analysieren, zu produzieren und zu demonstrieren basierend auf einer Silizium-Mikroringstruktur, die die Signalverzerrungen eines faseroptischen Übertragungssystems kompensieren soll. Um die genannten Ziele zu erreichen, soll ein Silizum-Photonik Chip basierter RC entworfen werden, der in CMOS-kompatibler Technologie hergestellt werden kann. Der Chip soll in einer kommerziellen Foundry produziert werden. Der fertige Chip soll anschließend charakterisiert und in ein experimentelles System-Testbett integriert werden.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
