稿件于 2022 年 1 月 27 日收到;于 2022 年 3 月 15 日接受。出版日期 2022 年 3 月 21 日;当前版本日期 2022 年 5 月 27 日。这项工作部分由中国国家重点研发计划资助(资助号 2019YFB1310000),部分由中国澳门科学技术发展基金资助(文件编号 0052/2020/AGJ & SKL-AMSV(UM)-2020-2022)。副主编 E. Bonizzoni 推荐了这篇简介。(通讯作者:Sai-Weng Sin。)Mingqiang Guo 和 Sai-Weng Sin 就职于澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室、微电子研究所和 FST-ECE(电子邮件:mqguo@um.edu.mo;terryssw@um.edu.mo)。 Liang Qi 和 Guoxing Wang 就职于上海交通大学微纳电子学系,上海 200240,中国(电子邮件:qi.liang@sjtu.edu.cn;guoxing@sjtu.edu.cn)。Dengke Xu 就职于珠海安微半导体有限公司,珠海 519000,中国(电子邮件:sunny.xu@amicro.com.cn)。Rui P. Martins 就职于模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室、微电子研究所和澳门大学 FST-ECE,澳门,中国,现就职于里斯本大学高等技术学院,里斯本 1049-001,葡萄牙(电子邮件:rmartins@um.edu.mo)。本文中一个或多个图片的彩色版本可在 https://doi.org/10.1109/TCSII.2022.3160736 上找到。数字对象标识符 10.1109/TCSII.2022.3160736
摘要 — 量子通信功能的集成通常需要专用的光电元件,而这与电信系统的技术路线图并不相符。我们研究了商用相干收发器子系统在经典数据传输之后支持量子随机数生成的能力,并展示了如何将基于真空涨落的量子熵源转换为真正的随机数生成器。我们讨论了两种可能的实现方式,分别基于接收器和发射器中心架构。在第一种方案中,利用相干内差接收器中的平衡同差宽带检测来测量 90 度混合输入端的真空状态。在我们的原理验证演示中,在超过 11 GHz 的宽带宽上获得了 >2 dB 的光噪声和电噪声之间的间隙。在第二种方案中,我们提出并评估了重复使用偏振复用同相/正交调制器的监测光电二极管来实现相同目的。演示了 10 Gbaud 偏振复用正交相移键控数据传输的时间交错随机数生成。详细模型的可用性将允许计算可提取的熵,因此我们展示了两个原理验证实验的随机性提取,采用了双通用强提取器。索引术语 — 数字安全、多用途光子学、光通信设备、光信号检测、随机数生成
摘要 — 在有限的芯片占用空间和能源供应下,边缘人工智能 (AI) 的快速发展对边缘设备的数据密集型神经网络 (NN) 计算和存储提出了很高的要求。作为一种有前途的节能处理方法,内存计算 (CiM) 近年来在缓解数据传输瓶颈的努力中得到了广泛的探索。然而,片上内存容量较小的 CiM 会导致昂贵的数据重新加载,限制了其在大规模 NN 应用中的部署。此外,先进 CMOS 缩放下增加的泄漏降低了能源效率。在本文中,采用基于铟镓锌氧化物 (IGZO) 薄膜晶体管 (TFT) 的器件电路协同来应对这些挑战。首先,提出了 4 晶体管 1 电容器 (4T1C) IGZO eDRAM CiM,其密度高于基于 SRAM 的 CiM,并且通过较低的器件泄漏和差分单元结构增强了数据保留。其次,利用新兴全通道 (CAA) IGZO 器件的后端 (BEOL) 兼容性和垂直集成,提出了 3D eDRAM CiM,为基于 IGZO 的超高密度 CiM 铺平了道路。提出了包括时间交错计算和差分刷新在内的电路技术,以保证大容量 3D CiM 下的准确性。作为概念验证,在代工厂低温多晶和氧化物 (LTPO) 技术下制造了一个 128 × 32 CiM 阵列,展示了高计算线性度和长数据保留时间。在扩展的 45nm IGZO 技术上的基准测试显示,仅阵列的能效为 686 TOPS/W,考虑外围开销时为 138 TOPS/W。