|
�����
���Ŵ�ģ��ʱ���ĵ������˹��������ӡ��ƶ���������������Ե���ܡ��������������ֻ���������ʵ������ҽ�Ƽ��⡢��ҵ���ƣ��ն˲���AI��ʵʱ��Ӧ����������������˽����������ǰ��δ�е���ս����Ե��������Ϊ��һ��AIϵͳ�ܹ��ĺ���֧����Ϊ�ˣ��о��������ˡ���ԵAI���롰����AI(Physical AI)�����ں����ϣ��������������ǰ�˾����ɸ�֪�����������ߡ�Ȼ������ǰ�����ĵ�������������������������(memristor)�������徧����(memtransistor)�ȣ���Ȼ�߱�һ��������̬���ԣ������������ܺĸߡ���Ӧ�������ŵ�ƿ��������ͬʱ�����Ӽ������䳬�ߴ��������ӳ١���Ȼ���е����ԣ��ڴ�ģ��������չ�ֳ���DZ����Ӣΰ�Ӣ�ض��ȿƼ���ͷ����AI�������������ڹ���оƬ�� CPO(Co-Packaged Optics)������������������ͨ��Ч�ʡ�Ȼ���������Ӽ������������ġ��ᡱ����Ե�豸���������������Ӵ������ںϲ�ʵ�ֱ���AI������ʼ��ȱ��һ�廯�ĵײ�Ӳ��ƽ̨��
���о�������һǰ����ս�������˽���������Ե����ϵͳ(NSEC)������һ�廯�� CMOS����AlN/Si˫������оƬƽ̨���״�ʵ���˵��ź�(���ɴ���������)�����ź�(�����ס���������̽��)��ͬһƬ��ƽ̨���ںϴ�������һͻ�Ʋ�����������AI�������ӳ����ܺģ���Ϊδ��AI�豸�ṩ�ˡ���֪�����㡱��ȫ�·�ʽ����־�Ŵ������ѵ�����֪����Эͬ�ĸ���ת�䡣
Near-Sensor Edge Computing System Enabled by a CMOS Compatible Photonic Integrated Circuit Platform Using Bilayer AlN/Si Waveguides
Zhihao Ren, Zixuan Zhang, Yangyang Zhuge, Zian Xiao, Siyu Xu, Jingkai Zhou, Chengkuo Lee*
Nano-Micro Letters (2025)17: 261
https://doi.org/10.1007/s40820-025-01743-y
��������
1. ������Ծ������AI����ƿ����ʵ�����뼶�����ӳ���Ƥ�����������ġ����о��״ι����˹��ӽ����б�Ե����ϵͳ����AI�����ӳٽ�����<0.1���룬�ܺĵ���<0.34Ƥ��������13�����ƺ�7�ಽ̬ʶ��������ȷ�ʷֱ��ﵽ96.77%��98.31%��ʵ�ֱ�ԵAI��֪�����ܿ�Խ��
2. �����������״�˫ģ����+˫�㲨���ܹ����ںϹ����ӻ��ϸ�֪�����㡣ͨ������������г��������������-���¸����Ǽ�����ͬһоƬ��֧�ֵ�������˫�����źţ�ʵ�ֹ���������ȡ����������������Ƭ��Эͬ�����������ں�AIӲ���·�ʽ��
3. Ӧ��ǰ�������������ɴ��������ն���δ����������(Physical AI)������NSECϵͳ�߱��߶ȿ���չ����CMOS�����ԣ��������������ס��ǻ۴�����AR/VR���˻������ȶ�ģ̬��֪����������AI�ӡ��ƶˡ��³������նˡ���������һ����ԵAIӲ���ķ�չ������
���ݼ���
���Ŵ�ģ���������˹�����(AI)ϵͳ�ӡ��ơ��ˡ�ת�ƣ������ڿ�������Դ��ǰ��ʵ�ֵ��ӳ١����ĵ�AI������Ϊؽ��ͻ�ƵĹؼ����⡣��ͳ���ڵ��������ı�Ե�����ܹ�����������(memristor)��������(memtransistor)���߲��д������������������ٶ����ȹ���ƿ��������������һ�����ܸ�֪ϵͳ�ԡ�����+���ܡ�Эͬ������������
Ϊ����������ս���¼��¹�����ѧChengkuo Lee�����Ŷ�������һ�ִ����Է�����������CMOS���ݵ�AlN/Si˫�����Ӽ���ƽ̨�Ľ���������Ե����(NSEC)ϵͳ����ϵͳ���õ�������г����ʵ�ִ����źŵĹ���������ȡ����ͨ����������-���¶�������������������Ȩ�ؼ��㣬ʵ��ȫ�����ڵ�AI�����ջ���
�о��Ŷ�ͨ�����Թ���TENG�������Խӣ�������ʶ���벽̬�������������л�����96.77%��98.31%�ĸ�ʶ��ȷ�ʣ�ͬʱ��ϵͳ�˵����ӳ�ѹ�������뼶���ܺĽ���Ƥ���������������ڴ�ͳ���Ӽ����ܹ�������Ҫ���ǣ��üܹ����ݵ��ź������ź�˫ģ̬���룬���������ڳ����ɴ���MEMS/���ﴫ������ҲΪδ��������ѧ�Ӿ����߹��ס������״��ȶ�ģ̬���ܸ�֪Ӧ���ṩ��ͳһƽ̨�������Ϊ�ӡ�������֪������AI���ߡ���һ�廯����ϵͳ�춨��Ӳ��������Ԥʾ�Ź��Ӽ����ڱ�Ե����ʱ���Ĺؼ���ɫ��
ͼ�ĵ���
I �����������ںϼ������ģ�NSECϵͳ�ܹ����ؼ������������Խ���
���о�������һ�����ͽ���������Ե����(NSEC)ϵͳ���״��Ե��ں��˿ɴ��������������ĵ��ź�����ѧӦ���еĹ��ź���������ģ̬����ͬһƽ̨��ʵ����Эͬ����(��ͼ1)����˫ģ̬�ܹ�������������ת����֧�ֵ������źŵĹ���������ȡ���������źŵ������������������������ܺġ��ӳ����洢�����������˱�ԵAIϵͳ��ͨ��������չ�ԡ�ϵͳ����Ϊ���ڵ�����-�����ʼ���ƽ̨��NSECоƬ��������������ģ�飺����������ȡ��Ԫ����������������Ԫ�����У���������г����ͨ���ݿ˶�˹ЧӦ������IoT�ɴ����������ĵ��ź�ת��Ϊ���źŲ�����������ȡ������������-���¶������ǻ����ȹ����ƶ��źŽ�����������������ʵ��ʵʱAI����������
ͼ1. ���ڵ�����-�����Ӽ���оƬʵ�ֵĻ��Ϲ���-����NSECϵͳʾ��ͼ��
���о�����CMOS���ݵĹ�/������˫���Ⲩ��ƽ̨��������һ���߱�˫ģ̬��֪������NSEC����оƬ��оƬͨ����Ƭ���ɷ�ʽʵ�ָ�Ч�IJ��������ϣ��������ĵ���0.04 dB�����ǵ���C/L����(ͼ2)���������������������ݿ˶�˹����ЧӦ���ɽ��ɴ������Ӵ����������ĵ��ź�ֱ��ת��Ϊ���źţ���ͬ������������ȡ����г�����ȴ�0.26 pm/V������������-���¶�������ͨ���ȹ�ЧӦ�Թ�ѧ�źŽ�������������Ȩ���㣬�������ȴ�30 dB���벨��ѹԼΪ5.6 V���߱��߶Ⱦ�ȷ�Ĺ�ѧȨ�ؿ���������
ͼ2. NSEC оƬ�Ϲ������������Ա�����(a)��/������˫�㲨������������(b)������������г��ǻ��(c) �����ȹ�����-���¶������ǡ�
II NSECϵͳʵ�ֶ�ģ̬����ʶ�𣺴����Ƶ���̬�ĵ���������ȡ����Եʶ��ȫ����
������оƬ��������֤�����о��Ŷӽ�һ����NSECϵͳ��չӦ�������ܿɴ����������ɹ�ʵ���˻��ڹ���������ȡ��ʵʱ����ʶ����ϵͳ�������ĸ���ָ�ؽڴ�������TENG�Թ���ѹ�������������ڲ���ͬ�����Ƕ��������ĵ��źš���Щ���ź������踴�ӵ�·ת����ǰ���£�ֱ�ӽ��뵪������г������ʵ���˵���ת����������ȡ�������ںϡ�ʵ���У����õ�������г����ֱ��Ϊ60 ��m����϶Ϊ0.4 ��m��չ�ֳ��ߴ�65700��Ʒ������(Q factor)���ȶ���г����Ӧ������ȷ��ϵͳ��30����120�㲻ͬ��ָ���������Ĺ�ѧ�źž��и������Ⱥ߷ֱ��ʡ����⣬����������100��30���ظ�����ʵ���У���ѧ�źű��ֳ����õ���������ʱ���ȶ��ԡ�ֵ��ע�����ǣ�����TENG�����������ڿ�·״̬��������ѹ��ӳ���ǵ����ڵ缫�ϵ��ۻ����������ϵ�ͬ�ڶ�ѹ�������źŽ��л��֣��Ӷ���Ȼ��ǿ��ʱ���źŵ���������ȥ���������ڴ˻����ϣ��о��Ŷӹ�������ʽ����ʶ��������ѡȡ13�־��д����Ե���ĸ������������Ϊʶ��Ŀ�ꡣÿ����ָ��Ӧһ����������г���������ڷֱ���ȡ����ѧ�ź�������������Ϊ�����������롣��50���ظ�ѵ�������ԣ�ϵͳ����ʵ����100%������ʶ��ȷ�ʡ�
ͼ3. ���ڹ���оƬ��TENG����ʵ������ʶ����ȫ���̡�(a) ϵͳ�ṹͼ��TENG�������ĸ���ָ(Ĵָ��ʳָ����ָ������ָ)�ϲ���ѹ�����������ֱ�����������оƬ�ϵ���г������(b) ����������ԭ����TENG�ڽӴ�-����������������ѹ������г������ʵ�ֵ���������ȡ��(c)�����������ף�չʾ���IJ���1577.525 nm�ĸ�Qֵ������(Q = 65700)�����ָ������������ܡ�(d�Ce) ������Ӧ���ԣ���¼��ͬ�Ƕȼ������ظ������µ�TENG��������ѧ�źţ���֤ϵͳ�ȶ������ظ��ԡ�(f�Cg)����ʶ����ϵͳ֧��13����ʽ����(ASL)���ƣ�ͨ������������ȡ�����������ֵĴ�����Ӧ��(h�Cj)AIʶ��Ч����������������ģ�ʹ�������������������ȷ�ʵĻ���������չʾ��Խ��ʶ��������
������ʶ��֮�����о��Ŷӽ�NSECϵͳ��һ����չ����̬��̬���������������˻��ڹ���������ȡ�ġ��������ӡ�ϵͳ(ͼ4a)��ϵͳ�����ҽŵ�ǰ������λ�ù�����4��TENG�Թ���ѹ�������������ڲ����߹����е����ؽ��������ı仯�� ����֤�����У��о��Ŷ�ͨ���������ƶԲ�ͬ��λʩ��ѹ��(ͼ4b)������¼TENG�������ڿ�·�����µ�������ѹ(ͼ4c)����Щ���źű�ֱ�����뵪������г�������е���ת����ͼ4dչʾ�˲�ͬѹ����Ӧ�Ĺ����仯��ѡȡ5�������Բ�����Ϊ̽��������ϵͳ��ʵ������ʱ���µ���г������Ӧ��(ͼ4e)��ʵ�ֶ�TENG�����źŵľ�ȷ��ԭ����г�����������źŵı仯��(ͼ4f)������ӳ����ʩ�����IJ��죬��֤��ϵͳ�������Ⱥ�������Ӧ��������һ���أ��Ŷӹ�����������һ�β�̬����ʶ��ģ�͡�ͼ4g�����˵��͵IJ�̬״̬����(���ż��ŵء����ƹ��ɡ�̧�ŵ�)������¼��4��TENG��������һ����̬�����ڵ���г���������仯(ͼ4h)������ѧ�����ź���Ϊ������������(ͼ4i)��ϵͳ����ʵ���˶Բ�̬״̬�ĸ߾���ʶ����������������ͼ4j��ʾ�����ֳ�Խ�ķ���������
ͼ4. ���ڹ���оƬ��TENG������ʵ�ֲ�̬ʶ����ȫ���̡�(a)ϵͳ�ṹͼ��������ǰ�������ĸ���������TENGѹ��������(��ǰ LF������ LR����ǰ RF���Һ� RR)�����ڲɼ����߹����е�����ѹ���ֲ���(b�Cc)��ѧУ���ԣ�ʹ�ñ��������Ǽ��ز�ͬѹ�����ֱ���¼����Ӧ�ļ���ʱ��(b)��TENG�ڿ�·�����µ�������ѹ�ź�(c)��(d�Cf)����������ȡ���̣���г�����ڲ�ͬTENG������ѹ�µĹ�������Ӧ(d)��ѡȡ������������������ѧ����(e)������ȡ��ͬ����ѹ���µĹ��źű仯��ֵ(f)��(g�Ch)��̬���ڷ���������������̬�����еĶ���״̬(g)�����ɼ��ĸ�TENG��������һ�������ڵ�����Ӧ�ź�(h)��ʵ�ֶԶ�̬��̬��Ϊ�ľ���֪��(i�Cj)AIʶ�����̣�������������ģ�ͶԲ�̬״̬���з���ʶ��(i)�������Ļ�������(j)����ģ���ڶ�״̬ʶ�������о�����Խ�ķ��ྫ����³���ԡ�
III NSECϵͳʵ�ֹ��ӱ�ԵAI����ȫ���̣�����������ȡ����������������֧�����Դ��������ܾ���
��ͼ5�У��о��Ŷ�չʾ��һ�����С����㡢ʶ����һ����NSEC����оƬϵͳ��������AIoTʱ����һ��ȫ�µĵ��ġ���Ч�����ܴ����ܹ���ϵͳ�Ե�����/�����ʼ��ɹ���оƬΪ���ģ�ͨ������������ȡ��Ƭ�������������㣬ʵ�������ڱ��ء��͵ش������������ϴ��ƶ˻������ⲿ�����������������ӳ����ܺġ��������ԣ����뼤��ͨ��PLC�ֹ�����Ϊ��·���ֱ����Ͻ���TENG���������ӵĵ�������г���������ɶԵ��źŵĵ���ת����������ȡ����ȡ���Ĺ��źŽ�����������-���¶�������ִ��Ȩ�ص��ƺ;������㣬ͨ���ȹ�����ʵ�ֹ������������ij˼�(MAC)�������������ź��پ��ϲ������۲�ͨ������̽����ת��Ϊ���źţ��ɱ�Ե��FPGA���ɷ����Լ����;��ߡ�Ϊ����ϵͳ�ȶ����뾫�ȣ��о��ŶӶ���г����������-���¶������ǽ��ж����������������ģ�����Ʊ���������0.02���ڣ�������4-bitȨ�������㷨��ʵ�ָ߾�����������������������Ȩ�ز����£�ϵͳ������ѵ���ڼ�Ƶ�����µ�ǰ���£����ּ���ʶ��ȷ�ʣ�����ʶ��������96.77%����̬ʶ���ߴ�98.31%����������ģ��Ȩ�������µı��֡�
ͼ5. ���ڵ�����/������оƬ�Ľ����б�Ե����(NSEC)ϵͳ��ʾ(a)NSECϵͳ�ʾ�⣺����4����������г���������ź���ȡ��4����������-���¶����������������������㣬����4��4�����������磬ʵ�������벽̬ʶ����(b�Cc)�����������ԣ��ֱ�չʾ��������г������������-���¶��������ڵ�ѹ�����µĹ�ѧ��Ӧ����ͼΪоƬ��ͼ��(d�Ce)AI����������������֤�����ڳ˷����˼������еļ��㾫�ȣ�֧��AI������(f�Cg)AIʶ������������ϵͳʵ�ָ߾��������벽̬ʶ������֤��ʵ���ԡ�(i�Civ)ģ���������Աȣ�չʾģ����4λ���������µľ�������Ч������Ӧʶ��ȷ�ʣ�֤��ϵͳ���߸�Ч���������ԡ�
IV ����Ԫ���潻�����飺����NSECоƬ�Ľ����б�Ե����ϵͳʵ�ֵ��ӳ�����ʶ������������
�������������˹�����������(AIoT)��Ѹ�ͷ�չ��Ԫ������Ϊ���ŵ�Ӧ�÷������������̸ı����ǵ����ʽ��Apple Vision Pro ����һ�������豸���Ƴ����������˸����û�����������ʵ(MR)�����Ľ��̡���MRӦ���У�����ʶ���ѳ�Ϊ�������������ĺ��Ľ�����ʽ����ʵ�֡��������������ӳ١����ġ�������ʶ���˻����棬�ѳ�Ϊǰ�ؼ�����չ�Ĺؼ����ơ���һ���棬������������ʵ�ռ��ĵ��ӣ�MR�û�����ʵ�ռ��лʱ��������Ұ���������������ա����ˣ��ڵ�ǰ����MR�豸�����Ƹ����˶��ı����£��߱�ʵʱ��������ܵĿɴ���ϵͳҲ������Ϊ��Ҫ���������������������������ǹ�������NSECоƬΪ���ĵĽ����б�Ե����ϵͳ���������������������࣬ʵ��Ԫ���潻��������˫�ظ���(ͼ6)��
���ȣ��������ɾ���֪��ָ�������ȣ�����NSECоƬ���е��ġ����ӳٵ�AI���㣬�������ɿ���ָ����ȴ�ͳ������Ƶ���״�������ʶ�������ǵķ������������˸�֪���������������������㸴�Ӷȣ�ʵ�����������ϵġ���֮��ʶ��ʶ֮���ء�����ͼ6b��ʾ��������ʾ�ˡ����ơ��͡������ȡ��������ƣ�ͨ��NSEC�ı��ؼ��㣬�������������ռ��ڵ�ָ����Ӧ��ϵͳ�����ź�������ȷ��
���Σ���������ʵʱ�����û���̬������NSECоƬ��Ƕ����������ģ�Ϳɾ�ʶ����̬�仯����ʱ���������¼�������Ԥ��(ͼ6c)��ͨ��NSEC�����źţ�ϵͳ������������ʵʱ��ԭ�û�����������״̬��ʵ�ָ߶��������˻�ӳ�䡣
���о�չʾ�˽����б�Ե�����ڶ�ģ̬����ϵͳ�еľ�DZ�������ȴ�ͳ����ͼ��ʶ�����״��ķ�����NSECʵ�������ݸ��١��ӳٸ��͡����ĸ��ŵı������ܴ���������ΪԪ���泡���е��˻���������ȫ���⡢���ܼҾӵ�AIoTӦ���ṩ��ͨ�á�����չ�Ľ���������
ͼ6. ����Ԫ����Ӧ�õ�NSECϵͳ��������ʾ��(a)NSECоƬ�����ڴ��������봫�����У�������ʵ�ںϵ��˻�����ƽ̨��֧����һ��������ʵӦ�ã�(b)����ʶ��ģ�飺i. ��ʵ�����������ߵ��ֲ�������ii. ������ʵ(VR)�ռ������ƶ�Ӧ�IJ���������iii. NSECоƬ�Զ�������������AIʶ��������(c)��̬����ģ�飺i. ��ʵ�����е�������̬��ii. �����ռ�����AI������������(avatar)ͬ��������iii. NSECоƬ�Զ��ֲ�̬״̬��ʶ��������
V �ܽ����AIoTʱ���Ĺ������ܺ��ģ�NSEC������Ե������ƪ��
���о�Χ�ơ����ӳ١����ġ��߾��ȡ���AIoT�������Ե�������ʵ����һ�ֻ��ڵ�����/��˫�����Ӽ���оƬ(AlN/Si PIC)�Ľ����б�Ե����(NSEC)ϵͳ����ϵͳ�״ν�������������ȡ + ���������������㡱�����ڵ�оƬ�У�ͻ�ƴ�ͳ���ӷ������ٶȡ��ܺĺͶ�ģ̬���������ϵ�ƿ�������������棬NSECչ�ֳ������ĵ����������������㾫�ȣ���ϵͳ���棬�ɹ����ɻ���TENG�������������ӵ�ʵʱ����ʶ���벽̬��������Ӧ�ò��棬����Ԫ����������ʵ������NSEC�ṩ��һ���и���չ�Ե��˻������밲ȫ��������������
��һ�о�����չʾ�˹��Ӽ����ڱ�Ե�����еĹ���ǰ����Ҳ��־�š����Ӹ�֪-���Ӽ���-���Ӿ��ߡ�ȫ��·AIоƬ����ʵ�û��½Ρ�δ����NSEC������Ϊ��һ���ɴ����豸���ǻ�ҽ�ơ���ҵ�����������ܻ������еĹؼ�������ʩ������AIoT��������Ч�������ܡ�����������ʱ����
������
Chengkuo Lee
����ͨѶ����
�¼��¹�����ѧ����������������ϵ ����
����Ҫ�о�����
���ܼ�ȼ�ϵ��ؼ������绯ѧ����ת�����洢�����Ӵ���������Ĥ�缫����(MEA)���ƣ�����������ȼ�ϵ���ϵͳ�Ż����Ƚ��������ϵĺϳ���Ӧ�á�
����Ҫ�о��ɹ�
����������(Prof. Chengkuo Lee)���¼��¹�����ѧ��о��ϯ����ѧ���ڡ�1996�꣬���ڶ�����ѧ���þ�������רҵ��ʿѧλ��2005����2009�굣���¼��������о������о���ѧ�ҡ�2005�������¼��¹�����ѧ����������������ϵ��������������(2005��)������������(2013��)�����ڴ�������ϵͳ(MEMS)������оƬ(PIC)���ɴ��������������������˹��������ܴ���ϵͳ(AIoT)���������о�����, ���ֻ����������¼��¹��Ҽ�ս���Դ����о���Ŀ���ܿ��о��ѳ���������2.2��Ԫ�����������������ڹ���Ȩ��ѧ���ڿ�����SCI���ij���400ƪ�������ô�����43143�Σ�Hָ���ߴ�112���ۼ���Nature��Nature Photonics��Nature Communications��Science Advances��Advanced Materials��Nano-Micro Letters�ȶ����ڿ���������500��ƪ���������ڹ��ʻ��鼰ѧ���������������泬��100�Ρ������ڶ��ε��ι��ʶ���ѧ��������ϯ������AIS 2024&2025��APCOT 2024��IEEE OMN 2016��NEMS 2018�ȡ�����Nature, Science, Joule, Nature Electronics, Nature Photonics �ȹ��������ڿ��������ˣ�ͬʱ���ι����ڿ� AI Sensors��International Journal of Optomechatronics��IEEE Transactions on Nanotechnology �ȵ����࣬��ȫ��ѧ�������й㷺Ӱ������
��Email��[email protected]
���������챨(Ӣ��)���༭��
�༭�������챨(Ӣ��)���༭��
��������
Nano-Micro Letters�����챨(Ӣ��)�����Ϻ���ͨ��ѧ���졢��Springer Nature���Ż�ȡ(open-access)������ѧ���ڿ�����Ҫ��������/�׳߶����صĸ�ˮƽ����(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)���������ײ������ṹ�ĺϳɱ��������ܼ�������Դ���������������С����Ų����������Ρ�����ҽѧ��������Ӧ���о����ѱ�SCI��EI��PubMed��SCOPUS�����ݿ���¼��2024 JCR IF=36.3��ѧ������Q1��ǰ2%���й���ѧԺ�ڿ�����1��TOP�ڿ��������ٻ����й����߹���Ӱ����ѧ���ڿ��������й���У�ܳ��Ƽ��ڿ��������Ϻ��о�Ʒ�Ƽ��ڿ�����������2021���ٻ����й������������ڿ���������������ӭ��ע��Ͷ�塣
Web: https://springer.com/40820
E-mail: [email protected]
Tel: 021-34207624
Archiver|�ֻ���|��ѧ�� ( ��ICP��07017567��-12 )
GMT+8, 2025-8-23 10:17
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- �й���ѧ����