基于多信道最小项的扩展型可编程逻辑阵列芯片研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61905083
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0501.光学信息获取、显示与处理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the development of optical interconnection towards a shorter distance between chips or even within chips, there will be more frequent optical/electrical or electrical/optical conversion between optical transmission and electrical processing, which will bring additional energy consumption and rate bottleneck. Therefore, it is necessary to directly use optical computing to realize information processing. All-optical logic operation is one of the difficulties in optical computing. Based on the reported integration schemes of basic logic functions such as AND gate and NOT gate, and further combined with the advantage of the parallel processing of optical signal, multiple logic function outputs can be obtained in a single logic device, then all-optical programmable logic array with flexible operation and expanded computing capacity can be realized. Based on the previous research, the project develops 40Gb/s expanded programmable logic array chip to realize arbitrary two-input or three-input combinational logic function, by combining the multi-channel minterms generation in the silicon waveguide using the four-wave mixing effect, with flexible precoding process of the delayed interferometer. The expanded programmable logic array contains three sets of three-input programmable logic array and twelve sets of two-input programmable logic array. The chip has flexible operation and complex functions. The chip can achieve the functions of complex logic devices simultaneously, include full adder,full subtracter, one to two line data distributor, two to one line data selector and digital comparator.
随着光互连向着芯片间甚至芯片内的更短距离发展,光传输和电处理之间将会有更频繁的光/电或者电/光转换,并带来额外的能耗与速率瓶颈,因此有必要直接采用光运算来实现信息处理。全光逻辑运算是光运算中的难点之一,在目前报道的与门、非门等基本的逻辑功能集成方案的基础上,进一步结合光载波的并行处理优势,基于单个逻辑器件实现多个逻辑功能输出,从而实现运算灵活、计算容量扩展型的全光可编程逻辑阵列。本项目在前期研究基础之上,提出基于硅波导中的四波混频效应产生多信道最小项,并结合延时干涉仪预编码的灵活性,开发40Gb/s计算容量扩展型可编程逻辑阵列芯片,该扩展型可编程逻辑阵列可实现3套三输入可编程逻辑阵列和12套两输入可编程逻辑阵列。该芯片运算灵活、功能全面,可以实现两、三输入任意组合逻辑功能,并同时实现全加器、全减器、1线到2线数据分配器、2线到1线数据选择器、数值比较器等复杂逻辑器件功能。

结项摘要

可编程逻辑阵列芯片在数字光计算领域有着重要的价值。利用光的并行性优势构建的扩展型可编程逻辑阵列,可以进一步扩大逻辑运算系统的计算容量。本项目在深入研究基于延时干涉仪和非线性硅基波导的扩展型可编程逻辑阵列理论模型基础上,分析了非线性硅基波导中四波混频效应增强问题,实现了非线性器件的优化设计和工艺制作;利用非线性增强的硅波导结合延时干涉仪预编码实现扩展型可编程逻辑阵列的功能验证,实现两输入、三输入任意组合逻辑功能,并进一步实现全加器、全减器等复杂逻辑功能。. 本项目研制了反向偏置PIN结的硅波导来增强四波混频效应,使得转换后的光信号输出功率提高10dB以上,并实验证明了40Gb/s的全光可重构两输入最小项七个波长通道组播;还制备了硅基-聚合物狭缝波导增强四波混频效应,在3mm长度的硅基狭缝-聚合物波导上实现了-27.5dB的FWM转换效率;基于非线性增强波导研制了50Gb/s可编程逻辑阵列芯片,实现了两输入任意组合逻辑运算功能;基于扩展型三输入可编程逻辑阵列架构,实验验证了一系列组合逻辑功能,包括两、三输入任意组合逻辑功能、全加器、全减器和二比特乘法器功能。相关研究成果发表了系列论文,从芯片研制到系统应用进行详细报道。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Seven-channel all-optical reconfigurable canonical logic units multicasting at 40 Gb/s based on a nonlinearity-enhanced silicon waveguide
基于非线性增强硅波导的 7 通道全光可重构规范逻辑单元,以 40 Gb/s 的速率进行组播
  • DOI:
    10.1364/oe.463665
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Xiaoyan Gao;Wentao Gu;Wenchan Dong;Heng Zhou;Lei Lei;Liao Chen;Yu Yu;Jianji Dong;Xinliang Zhang
  • 通讯作者:
    Xinliang Zhang
Simultaneous full set of three-input canonical logic units in a single nonlinear device for an all-optical programmable logic array
用于全光可编程逻辑阵列的单个非线性器件中同时全套三输入规范逻辑单元
  • DOI:
    10.1364/oe.472746
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wenchan Dong;Wentao Gu;Xiaoyan Gao;Yu Yu;Jianji Dong;Lei Lei;Xinliang Zhang
  • 通讯作者:
    Xinliang Zhang
All-Optical 2x2-Bit Multiplier at 40 Gb/s Based on Canonical Logic Units-based Programmable Logic Array (CLUs-PLA)
基于规范逻辑单元的可编程逻辑阵列 (CLUs-PLA) 的 40 Gb/s 全光 2x2 位乘法器
  • DOI:
    10.1109/jlt.2020.3004131
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Lightwave Technology
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Wenchan Dong;Lei Lei;Liao Chen;Yu Yu;Xinliang Zhang
  • 通讯作者:
    Xinliang Zhang

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其他文献

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片上可编程调控的光逻辑运算芯片研究
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  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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