【技术实现步骤摘要】
光电处理设备、系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年4月29日提交的美国临时申请63/017,211的优先权，该临时申请的全部公开内容通过引用合并于此。
[0003]本公开涉及一种用于光电处理的光学调制。
技术介绍
[0004]神经形态计算(neuromorphic computing)是电子领域中近似大脑的操作的方法。神经形态计算的一个突出方法是人工神经网络(artificial neuralnetwork；ANN)，它是人工神经元的集合，人工神经元以特定的方式相互连接，以类似于大脑功能的方式处理信息。ANN已经在多种应用中找到了用途，这些应用包括人工智能、语音识别、文本识别、自然语言处理以及各种形式的模式识别。
[0005]ANN具有输入层、一个或多个隐藏层以及输出层。每个层具有节点或人工神经元，并且节点在层之间互连。隐藏层的每个节点执行从先前层的节点所接收的信号的加权总和(weighted sum)，并且执行加权总和的非线性变换(“激活”)以产生输出。可以通过执行矩阵乘法步骤来计算加权总和。因此，计算ANN通常涉及多个矩阵乘法步骤，其通常使用电子集成电路来执行。
[0006]对以模拟或数字形式编码在电子信号(例如电压或电流)上的电子数据所执行的计算通常使用电子计算硬件来实现，例如在集成电路中实现的模拟或数字电子装置(例如：处理器、专用集成电路(application
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specific integratedcircuit；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光电处理设备，包括：基板，其上设置有光学波导，所述光学波导包括位于沿着所述光学波导的相应的位置处的三个或更多个不重叠的光学波导片段；三个或更多个光学调制器，每个光学调制器包括所述波导片段中的对应一个波导片段并且被配置为施加与所述对应的波导片段的长度成比例的光学调制；三个或更多个电触点，所述电触点被配置为接收一系列二进制值中的每个二进制值的相应比特值，每个二进制值包括至少三个比特值，所述至少三个比特值包括最低有效比特LSB比特值、最高有效比特MSB比特值以及在所述LSB比特值和所述MSB比特值之间的至少一个中间比特IB比特值；以及导电路径，所述导电路径被配置为将相应电触点电耦合到所述光学调制器中的至少一个，其中每个光学调制器电耦合到至多一个所述电触点；其中所述光学波导片段的位置被布置成使得电耦合到接收LSB比特值的电触点的对应光学调制器的至少一个波导片段位于电耦合到接收MSB比特值的电触点的对应光学调制器的至少一个波导片段和电耦合到接收IB比特值的电触点的对应光学调制器的至少一个波导片段之间。2.根据权利要求1所述的光电处理设备，其中每个电触点电耦合到至多一个所述光学调制器。3.根据权利要求2所述的光电处理设备，其中电耦合到接收特定比特值的电触点的对应光学调制器的每个波导片段的相对长度与2
n
成比例，其中n是所述特定比特值相对于包括所述特定比特值的二进制值的LSB比特值的比特位置。4.根据权利要求1所述的光电处理设备，其中至少一个电触点电耦合到多于一个的所述光学调制器。5.根据权利要求4所述的光电处理设备，其中所述波导片段的长度基本上彼此相等，并且电耦合到接收特定比特值的每个电触点的光学调制器的数量与2
n
成比例，其中n是所述特定比特值相对于包括所述特定比特值的二进制值的LSB比特值的比特位置。6.根据权利要求4所述的光电处理设备，其中电耦合到接收第i比特值的所述电触点的所述光学调制器的波导片段位于电耦合到被配置为接收第i+1比特值的所述电触点的所述光学调制器的波导片段之间。7.根据权利要求6所述的光电处理设备，其中电耦合到接收LSB比特值的第一电触点的第一光学调制器的波导片段位于电耦合到第二电触点的第二光学调制器的两个波导片段之间，所述第二电触点被配置为接收具有相对于LSB比特高一比特的比特位置的比特值。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光电处理设备，其中包括所述波导片段之一的每个光学调制器包括光学相位调制器。9.根据权利要求8所述的光电处理设备，其中所述光学波导片段位于沿着所述光学波导的在马赫曾德尔干涉仪的输入耦合器和输出耦合器之间的部分的相应位置。10.根据权利要求1至7中任一项所述的光电处理设备，其中包括所述波导片段之一的每个光学调制器包括光学幅度调制器。11.根据权利要求1至7中任一项所述的光电处理设备，其中在所述光学调制器施加任何光学调制之前，与通过所述光学波导的传播相关联的有效折射率随着通过所述光学波导
片段中的每个的传播距离而改变，改变的有效折射率的方差具有最小方差和最大方差之间的范围，所述光学波导中方差介于所述最小方差和中间方差之间的部分是低方差区域，其中所述中间方差是所述最小方差和所述最大方差的平均值，所述光学波导中方差介于所述中间方差和所述最大方差之间的部分是高方差区域，以及电耦合到接收LSB比特值的电触点的对应光学调制器的至少一个波导片段位于所述低方差区域内。12.根据权利要求11所述的光电处理设备，其中电耦合到接收MSB比特值的电触点的对应光学调制器的至少一个波导片段与所述高方差区域重叠。13.根据权利要求11所述的光电处理设备，其中所述有效折射率至少部分地由于制造装置特性的改变而改变。14.根据权利要求13所述的光电处理设备，其中所述制造装置特性包括掺杂浓度。15.根据权利要求11所述的光电处理设备，其中所述有效折射率至少部分地由于操作特性的改变而改变。16.根据权利要求15所述的光电处理设备，其中所述操作特性包括温度。17.根据权利要求3所述的光电处理设备，其中所述光学波导包括微调片段，所述微调片段的长度与电耦合到接收所述LSB比特值的所述电触点的对应光学调制器的所述波导片段的长度相同或更小，并且所述微调片段与电耦合到接收被配置为校准所述光电处理设备的电压的电触点的对应光学调制器相关联。18.根据权利要求1至7中任一项所述的光电处理设备，包括信号调节电路，所述信号调节电路被配置为与所述一系列二进制值中的连续的数字输入值之间的对应改变相关联地整形施加到所述光学调制器中的至少一个的电信号的幅度改变。19.根据权利要求18所述的光电处理设备，其中所述信号调节电路被配置为，对于第二时间间隔的起始部分，通过增加与第一时间间隔相关联的第一电信号水平和与第二时间间隔相关联的第二电信号水平之间的幅度改变的大小，来整形所述幅度改变。20.根据权利要求19所述的光电处理设备，其中所述信号调节电路被配置为，对于第二时间间隔的最终部分，通过减少第一电信号水平和第二电信号水平之间的幅度改变的大小，来整形所述幅度改变。21.根据权利要求18所述的光电处理设备，其中每个光学波导片段与沿着所述光学波导片段定位的二极管区段相关联，其中所述二极管区段包括：半导体二极管和用于向处于正向偏置状态的所述半导体二极管施加电信号的电触点，在所述正向偏置状态下，与所述二极管区段相关联的所述光学波导片段的光学特性被响应于所述数字输入值的对应比特的值而调制。22.根据权利要求21所述的光电处理设备，其中所述信号调节电路被配置为，通过电路施加电信号至所述半导体二极管来整形所述幅度改变，所述电路被配置以在所述半导体二极管与电容器之间泵送电流，所述电容器串联连接在所述半导体二极管与提供所述一系列二进制值的电路之间，其中所泵送的电流所传输的电荷量是至少部分基于在提供所述一系列二进制值的多个连续时间间隔中恒定的电压来确定的。
23.根据权利要求18所述的光电处理设备，其中所述信号调节电路包括电荷泵送带宽增强电路，所述电荷泵送带宽增强电路被配置为基于所述一系列二进制值来驱动所述光学调制器。24.根据权利要求1至7中任一项所述的光电处理设备，其中至少一个光学调制器包括至少一个校准移相器，所述校准移相器被配置为补偿由所述光学调制器的两个波导臂给予的光学相移的不平衡。25.一种光电处理系统，包括：装置，被配置为基于长度为N的输入向量执行光学调制，N是大于2的整数，所述输入向量具有N个值，所述装置包括：基板；多个光学波导，设置在所述基板上；多个光学调制器，被配置为接收表示输入向量的电信号并根据所述输入向量的值对所述光学波导中的光学信号施加光学调制，其中每个光学调制器包括所述光学波导中的至少一个，并且每个光学调制器被配置为根据所述输入向量中的值中的一个值来调制所述光学波导中的光，其中每个光学调制器包括多个子调制器，每个子调制器包括所述光学调制器的所述波导的片段，不同的子调制器包括所述波导的不同片段，每个子调制器被配置为在所述波导的对应片段上施加所述光学调制，并且所述光学调制与所述波导的所述对应片段的长度成比例，其中对于每个光学调制器，所述子调制器中的第一子调制器被配置为基于所述数字值的最低有效比特LSB来施加所述光学调制，所述子调制器中的第三子调制器被配置为基于所述数字值的最高有效比特MSB来施加所述光学调制，并且所述子调制器中的第二子调制器被配置为基于所述数字值的中间比特IB来施加所述光学调制，并且其中对于每个光学调制器，所述第一子调制器位于所述第二子调制器和所述第三子调制器之间。26.根据权利要求25所述的光电处理系统，其中所述子调制器中的至少一些中的每个子调制器包括移相器或光学幅度调制器中的至少一个。27.根据权利要求25所述的光电处理系统，其中所述输入向量的每个值包括M个比特，M是大于1的整数，并且每个比特值被提供给至多一个子调制器。28.根据权利要求27所述的光电处理系统，其中接收特定比特值的对应子调制器的每个波导片段的相对长度与2
n
成比例，其中n是所述特定比特值相对于最低有效比特的比特位置。29.根据权利要求25所述的光电处理系统，其中所述输入向量的每个值包括M个比特，M是大于1的整数，并且所述比特值中的至少一个被提供给多于一个的所述子调制器。30.根据权利要求29所述的光电处理系统，其中光学调制器内的所述子调制器的所述波导片段的长度基本上彼此相等，并且被配置为接收特定比特值的子调制器的数量与2
n
成比例，其中n是所述特定比特值相对于最低有效比特的比特位置。31.根据权利要求25至30中任一项所述的光电处理系统，其中所述波导的第一片段具有第一水平的有效折射率方差，所述波导的第二片段具有第二水平的有效折射率方差，所
述波导的第三片段具有第三水平的有效折射率方差，所述第一水平的方差小于所述第二水平的方差，并且所述第一水平的方差也小于所述第三水平的方差。32.根据权利要求25至30中任一项所述的光电处理系统，包括：处理器单元，所述处理器单元包括：光源，被配置为提供多个光输出，其中所述光学波导中的光学信号是从所述光输出导出的；以及多个光学调制器，其中所述多个光学调制器耦合到所述光源。33.根据权利要求25至30中任一项所述的光电处理系统，包括信号调节电路，所述信号调节电路被配置为与连续的数字输入值之间的对应变化相关联地整形施加到所述光学调制器中的至少一个的电信号的幅度改变。34.根据权利要求33所述的光电处理系统，所述信号调节电路被配置为，对于第二时间间隔的起始部分，通过增加与第一时间间隔相关联的第一电信号水平和与第二时间间隔相关联的第二电信号水平之间的幅度改变的大小，来整形所述幅度改变。35.根据权利要求34所述的光电处理系统，其中所述信号调节电路被配置为，对于第二时间间隔的最终部分，通过减少第一电信号水平和第二电信号水平之间的幅度改变的大小，来整形所述幅度改变。36.根据权利要求33所述的光电处理系统，其中每个光学波导片段与沿着所述光学波导片段定位的二极管区段相关联，其中所述二极管区段包括：半导体二极管和用于向处于正向偏置状态的所述半导体二极管施加电信号的电触点，在所述正向偏置状态下，与所述二极管区段相关联的所述光学波导片段的光学特性被响应于所述输入向量的值的对应比特而调制。37.根据权利要求36所述的光电处理系统，其中所述信号调节电路被配置为，通过电路施加电信号至所述半导体二极管来整形所述幅度改变，所述电路被配置以在所述半导体二极管与电容器之间泵送电流，所述电容器串联连接在所述半导体二极管与提供所述输入向量的值的电路之间，其中所泵送的电流所传输的电荷量是至少部分基于在提供所述输入向量的值的多个连续时间间隔中恒定的电压来确定的。38.根据权利要求33所述的光电处理系统，其中所述信号调节电路包括电荷泵送带宽增强电路，所述电荷泵送带宽增强电路被配置为基于表示所述输入向量的所述电信号来驱动所述光学调制器。39.根据权利要求25至30中任一项所述的光电处理系统，其中至少一个光学调制器包括至少一个校准移相器，所述校准移相器被配置为补偿由所述光学调制器的两个波导臂给予的光学相移的不平衡。40.一种光电处理系统，包括：第一单元，被配置为产生多个调制器控制信号；处理器单元，包括：光源，被配置为提供多个光输出；多个光学调制器，耦合到所述光源和所述第一单元，所述多个光学调制器被配置为通过基于所述多个调制器控制信号调制由所述光源提供的所述多个光输出来产生光学输入向量，所述光学输入向量包括多个光学信号，其中所述光学调制器中的每个具有片段式设
计；以及矩阵乘法单元，耦合到所述多个光学调制器和所述第一单元，所述矩阵乘法单元被配置为基于多个权重控制信号将所述光学输入向量变换成模拟输出向量；第二单元，耦合到所述矩阵乘法单元并被配置为将所述模拟输出向量转换成数字化输出向量；以及控制器，包括集成电路，所述集成电路被配置为执行包括以下内容的操作：接收包括输入数据集的人工神经网络计算请求，所述输入数据集包括第一数字输入向量；接收第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢正观，G亨德里，孟怀宇，沈亦晨，
申请(专利权)人：光子智能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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