Ученые NTU ( Nayang Technological University) в Сингапуре и Осакского университета в Японии создали прототип терагерцового сверхвысоко- скоростного чипа, в рамках проекта по разработке элементной базы для цифровой беспроводной связи поколения "6G" (Generation 6).
Чтобы обеспечить скорость передачи данных, превышающую стандарты 5-го поколения (5G) для телекоммуникаций, ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) и Университета города Осака в Японии создали новый электронный чип, используя концепцию применения, так называемых "фотонных топологических изоляторов".
В статье, недавно опубликованной в журнале Nature Photonics, исследователи показали, что новый созданный чип может передавать волны терагерцового (ТГц) диапазона, способных обеспечить скорость передачи данных в 11 гигабит в секунду (Гбит / с). Такая скорость обмена позволяет поддерживать потоковую передачу видео высокой четкости 4K в реальном времени и превышает теоретический предел скорости в 10 Гбит / с для беспроводной связи поколения 5G.
Волны ТГц-ового диапазона являются частью электромагнитного (ЭМ) спектра, находящегося между инфракрасными световыми волнами и микроволнами. В настоящее время их рекламируют, как новый рубеж для высокоскоростной беспроводной связи.
Однако, прежде чем ТГц-овые ЭМ волны можно будет надежно использовать в телекоммуникациях, необходимо решить фундаментальные проблемы. Двумя самыми большими проблемами являются: дефекты материала в среде пропускания этих волн и частота ошибок передачи, которые встречаются в обычных волноводах, таких как кристаллы или полые кабели.
Эти проблемы были преодолены с помощью фотонных топологических изоляторов (PTI), которые позволяют ЭМ- волнам свободно проходить по поверхности и краям изоляторов, а не через материал, как поезд, следующий по железной дороге,.
Когда свет проходит по фотонным топологическим изоляторам, он может быть перенаправлен вокруг острых углов, и его поток не будет нарушен несовершенствами проводящих материалов.
В ходе совместной работы была разработана конструкция небольшого кремниевого чипа с рядами треугольных отверстий, при этом маленькие треугольники направлены в противоположном направлении от больших треугольников. При такой конфигурации среды пропускания ЭМ волны становятся «топологически защищенными».
Тесты нового , полностью кремниевого чипа, продемонстрировали, что он может передавать сигналы без ошибок, направляя ЭМ волны ТГц диапазона вокруг 10-ти острых углов со скоростью 11 гигабит в секунду, минуя любые дефекты проводящего материала, которые могли быть внесены в среду пропускания в процесс производства кремния.
Руководитель проекта, профессор NTU Ранджан Сингх, сказал, что это первый случай, когда PTI-концепция была реализована в терагерцовом диапазоне ЭМ-спектра, что доказывает возможность практической реализации теоретических положений концепции.
Данное открытие может проложить путь для создания большего количества межкомпонентных соединений PTI THz - структур, которые соединяют различные компоненты в цепи - для интеграции в устройства беспроводной связи, что позволит обеспечить элементы беспроводной связи следующего поколения "6G" с беспрецедентной скоростью передачи, порядка нескольких терабайт в секунду, ( что позволит добиться показателей скорости передачи информации от 10 до 100 раз больших, чем в устройствах связи поколения 5G), в недалеком будущем.
«В связи с четвертой промышленной революцией и быстрым внедрением цифрового оборудования Интернета вещей (IoT), включая интеллектуальные устройства, удаленные камеры и датчики, новое оборудование в сфере IoT должно обрабатывать большие объемы данных, передаваемых по беспроводной сети, и опираться на сети связи, обеспечивающие доставку сверхвысоких объемов данных, высокую скорость передачи информации и низкие показатели возможных временных задержек » - поясняет профессор Сингх.
«Используя технологию PTI THz, становится потенциально возможным повысить внутрикристальную и межкристальную коммуникацию для поддержки работы систем искусственного интеллекта и облачных технологий, таких как взаимосвязанные беспилотные автомобили, которым необходимо будет быстро передавать данные на другие близлежащие автомобили и инфраструктуру, лучше ориентироваться, а также избегать несчастных случаев ».
Работы по данному проекту заняли у команды NTU и их коллег, работавших в университете города Осака под руководством профессора Масаюки Фудзита, период времени в два года, в который вошли этапы: проектирования, изготовления прототипа микросхемы и его тестирования.
Профессор Сингх считает, что благодаря разработке и производству миниатюрной платформы с использованием текущих процессов производства кремния, новый высокоскоростной соединительный чип ТГц-ового диапазона будет легко интегрирован в электронные и фотонные схемы передачи данных и будет способствовать широкому распространению систем ТГц -ового диапазона в будущем.
Сферы потенциального применения технологии межсоединений в ТГц -ом диапазоне ЭМ волн будут включать центры обработки данных, устройства IOT, массивные многоядерные процессоры (вычислительные чипы) и системы связи на большие расстояния, включая телекоммуникации и беспроводную связь, такую как Wi-Fi.
Источник - сайт Технологического университета Наньян, Сингапур ( media.ntu.edu.sg/NewsReleases/)
О Технологическом университете Наньян, Сингапур
В научно-исследовательском государственном Наньянском технологическом университете в Сингапуре (NTU, Singapore) обучаются и работает почти 33 000 студентов и аспирантов в области инженерных, бизнес, естественных, гуманитарных и социальных наук. Здесь также есть медицинская школа Lee Kong Chian School of Medicine, созданная совместно с Imperial College London.
Университет NTU также патронирует несколько всемирно известных автономных институтов: Национальный институт образования, Школу международных исследований им. С. Раджаратнама, Обсерваторию Земли в Сингапуре и Сингапурский центр экологических наук о жизни, а также различные исследовательские центры, такие как: Nanyang Environment & Water Научно-исследовательский институт (NEWRI) и Институт энергетических исследований @ NTU (ERI @ N).
Университет NTU входит в число лучших университетов мира по версии QS, был признан лучшим молодым университетом мира за последние семь лет.
ключевые слова:
сверхскоростной чип, технологии связи поколения 6G,
