Resumen
La tendencia exponencial de los datos que se generan a nivel mundial ha dado lugar al auge de la inteligencia artificial (IA), que ya
encuentra aplicación en una amplia gama de campos, desde el diagnóstico médico hasta la conducción autónoma. Sin embargo, el
avance en tecnologías IA está limitado por un problema endémico que presentan los procesadores actuales basados en la arquitectura
von Neumann, el llamado cuello de botella de la memoria. Debido a esto, actualmente existe un gran interés para dar con nuevos
paradigmas computacionales que se adapten mejor a las exigencias de la era del Big Data. Mediante la fotónica integrada se espera
superar las limitaciones de las plataformas clásicas de computación electrónica y ofrecer mejoras en términos de rendimiento
computacional y eficiencia energética. El proyecto PHOTOART surge en este contexto y tiene como objetivo principal el desarrollo de
dispositivos activos en la plataforma fotónica del silicio orientados hacia aplicaciones IA. Para ello, se han elegido materiales avanzados,
tales como los materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) y óxidos transparentes conductores (TCO), a integrar en
estructuras de guíado híbridas con base de silicio. Estos materiales ofrecen diversos beneficios; los PCMs ofrecen la posibilidad de
implementar una memoria a largo plazo, con un consumo de energía muy bajo, idealmente nulo, mientras que los TCOs ofrecen
modulación ultrarrápida y efectos no lineales eficientes. Estos dispositivos implementarán los bloques básicos necesarios en arquitecturas
de redes neuronales artificiales basadas en fotónica integrada; desde matrices hardware de multiplicación de pesos hasta funciones de
activación no lineales. Su desarrollo se orientará hacia la arquitectura de tipo coherente. Las principales innovaciones incluirán la
propuesta de un nuevo tipo de modulador de amplitud y fase, necesario para implementar nuevas redes neuronales que operan con
números complejos. Este dispositivo es ultracompacto y tendrá una respuesta sensible a la longitud de onda. Esta característica será
también investigada para permitir multiplexación por división de longitud de onda (WDM) en arquitecturas coherentes. Por otro lado, el
desarrollo de desfasadores electro-ópticos con comportamiento no volátil, y la posibilidad de desarrollar funciones de activación
eléctricamente sintonizables y reconfigurables, supondrán también importantes innovaciones. Finalmente, se abordará la fabricación de
un demostrador que consistirá en una red neuronal fotónica coherente integrada compuesta por los bloques básicos desarrollados. Este
demostrador será validado en una aplicación IA. En resumen, el presente proyecto PHOTOART pretende proporcionar hardware fotónico
neuromórfico capaz de acelerar la computación de algoritmos de IA forma rápida y eficiente, requisito para la nueva era del Big Data.
