光子处理器架构制造技术

描述了光子处理器。本文中所述的光子处理器被配置成执行矩阵乘法(例如，矩阵向量乘法)。矩阵乘法被分解为标量乘法和标量加法。一些实施方式涉及用于在光域中执行标量加法的装置。例如，一个光学加法器包括具有多个移相器和相干检测器的干涉仪。利用这些光学加法器的高速特性，一些处理器的速度足以支持频率为数十千兆赫的时钟，这代表了超越传统电子处理器的重大改进。器的重大改进。器的重大改进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光子处理器架构
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35 U.S.C.
§
119(e)要求于2020年4月27日提交的代理人案卷号为L0858.70028US00并且题为“VCSEL
‑
BASED INTEGRATED OPTICAL
‑
ELECTRONIC COMPUTING”的美国临时专利申请序列号63/016,127；于2020年10月7日提交的代理人案卷号为L0858.70033US00并且题为“PHOTONICS PROCESSOR ARCHITECTURE”的美国临时专利申请序列号63/088,915；于2020年10月15日提交的代理人案卷号为L0858.70033US01并且题为“PHOTONIC ADDER”的美国临时专利申请序列号63/092,289；以及于2020年11月16日提交的代理人案卷号为L0858.70033US02并且题为“SEGMENTED COHERENT PHOTONIC ADDER FOR PHOTONIC ALGEBRA ACCELERATION”的美国临时专利申请序列号63/114,387的权益，上述申请中的每一个在本文中通过引用整体并入本文中。

技术介绍

[0003]深度学习、机器学习、潜变量模型、神经网络和其他基于矩阵的可微分程序被用来解决各种问题，包括自然语言处理和图像中的对象识别。用深度神经网络解决这些问题通常需要很长的处理时间来执行所需的计算。在解决这些问题时计算最密集的操作往往是数学矩阵操作例如矩阵乘法。

技术实现思路

[0004]一些实施方式涉及被配置成执行矩阵乘法的光子处理器，该光子处理器包括：被配置成产生指示第一输入值的第一输入信号的第一编码器和被配置成产生指示第二输入值的第二输入信号的第二编码器；第一乘法器，被配置成基于第一输入信号产生指示第一输入值与第一矩阵值的第一乘积的第一输出信号；第二乘法器，被配置成基于第二输入信号产生指示第二输入值与第二矩阵值的第二乘积的第二输出信号；光学加法器，被配置成接收光并基于第一输出信号和第二输出信号产生指示第一乘积与第二乘积的和的累积信号；以及接收器，其被配置成基于累积信号产生指示和的输出值。
[0005]在一些实施方式中，光学加法器包括第一光学移相器和第二光学移相器，并且其中，光子处理器还包括数字控制器，该数字控制器被配置成：基于第一输出信号控制第一光学移相器，以及基于第二输出信号控制第二光学移相器。
[0006]在一些实施方式中，第一光学移相器和第二光学移相器被光学地串联连接。
[0007]在一些实施方式中，光学加法器还包括耦接至第二光学移相器的相干检测器。
[0008]在一些实施方式中，光学加法器还包括第一波导和第二波导，其中，第一光学移相器和第二光学移相器被内置到第一波导中，并且其中，第一波导和第二波导被提供作为相干检测器的输入端。
[0009]在一些实施方式中，光学加法器还包括耦接至第一波导和第二波导的分束器。
[0010]在一些实施方式中，第一编码器是第一光学编码器，其使得第一输入信号是第一光学输入信号，并且第二编码器是第二光学编码器，其使得第二输入信号是第二光学输入
信号。
[0011]在一些实施方式中，第一乘法器包括第一可调制检测器，使得第一输出信号是第一电输出信号，并且第二乘法器包括第二可调制检测器，使得第二输出信号是第二电输出信号。
[0012]在一些实施方式中，第一可调制检测器具有可调制响应度，其中，第一可调制检测器被配置成通过基于第一矩阵值设置可调制响应度而产生第一输出信号。
[0013]在一些实施方式中，第一可调制检测器具有可调制增益，其中，第一可调制检测器被配置成通过基于第一矩阵值设置可调制增益来产生第一输出信号。
[0014]在一些实施方式中，第一编码器是第一电子编码器，其使得第一输入信号是第一电输入信号，并且第二编码器是第二电子编码器，其使得第二输入信号是第二电输入信号。
[0015]在一些实施方式中，第一乘法器包括吉尔伯特单元。
[0016]在一些实施方式中，光子处理器还包括被配置成产生波长小于1.1μm的光的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
[0017]在一些实施方式中，光学加法器形成在硅基板上，并且其中，硅基板包括被配置成将波长小于1.1μm的光耦合至光学加法器的硅氮化物波导。
[0018]在一些实施方式中，输出值等于和。
[0019]一些实施方式涉及一种用于利用光来计算数字加法的方法，该方法包括：产生第一光信号和第二光信号；将第一光信号提供至相干检测器的第一输入端，其中，该提供包括：基于第一数值对第一光信号的相位进行调制，以及基于第二数值进一步对第一光信号的相位进行调制；将第二光信号提供至相干检测器的第二输入端；以及基于相干检测器的输出将第一数值与第二数值相加。
[0020]在一些实施方式中，基于第一数值对第一光信号的相位进行调制包括使用指示第一数值的电压来控制移相器。
[0021]在一些实施方式中，相干检测器包括第一光电检测器和第二光电检测器，该第一光电检测器的阳极被耦接至第二光电检测器的阴极，并且其中，将第一数值与第二数值相加包括将第一光电检测器的阳极处的第一光电流与第二光电检测器的阴极处的第二光电流混合。
[0022]一些实施方式涉及一种光学加法器，包括：光分路器；耦接至光分路器的第一输出端的第一波导，该第一波导包括光学地串联连接的第一可控移相器和第二可控移相器；耦接至光分路器的第二输出端的第二波导；以及相干检测器，其包括耦接至第一波导的第一光电检测器和耦接至第二波导的第二光电检测器。
[0023]在一些实施方式中，光学加法器还包括数字电路，该数字电路被配置成产生指示第一输入值与第二输入值的和的输出值，其中，该产生包括：基于第一输入值控制第一可控移相器以及基于第二输入值控制第二可控移相器。
[0024]在一些实施方式中，输出值等于第一输入值与第二输入值的和。
[0025]在一些实施方式中，第二波导包括光学地串联连接的第三可控移相器和第四可控移相器。
[0026]在一些实施方式中，光学加法器还包括耦接至相干检测器的输出端的模数转换器(ADC)。
[0027]在一些实施方式中，第一光电检测器的阳极电耦接至第二光电检测器的阴极。
[0028]一些实施方式涉及一种用于执行矩阵乘法的方法，该方法包括：产生指示第一输入值与第一矩阵值的第一乘积的第一输出信号，其中，产生第一输出信号包括：控制第一编码器以基于第一输入值对第一输入信号进行编码；以及基于第一矩阵值控制定位成与第一编码器串联的第一乘法器；产生指示第二输入值与第二矩阵值的第二乘积的第二输出信号，其中，产生第二输出信号包括：控制第二编码器以基于第二输入值对第二输入信号进行编码；以及基于第二矩阵值控制定位成与第二编码器串联的第二乘法器；以及基于第一输出信号和第二输出信号并且还基于输入光产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种被配置成执行矩阵乘法的光子处理器，所述光子处理器包括：被配置成产生指示第一输入值的第一输入信号的第一编码器和被配置成产生指示第二输入值的第二输入信号的第二编码器；第一乘法器，被配置成基于所述第一输入信号产生指示所述第一输入值与第一矩阵值的第一乘积的第一输出信号；第二乘法器，被配置成基于所述第二输入信号产生指示所述第二输入值与第二矩阵值的第二乘积的第二输出信号；光学加法器，被配置成接收光并且基于所述第一输出信号和所述第二输出信号产生指示所述第一乘积与所述第二乘积的和的累积信号；以及接收器，被配置成基于所述累积信号产生指示所述和的输出值。2.根据权利要求1所述的光子处理器，其中，所述光学加法器包括第一光学移相器和第二光学移相器，并且其中，所述光子处理器还包括数字控制器，所述数字控制器被配置成：基于所述第一输出信号控制所述第一光学移相器，以及基于所述第二输出信号控制所述第二光学移相器。3.根据权利要求2所述的光子处理器，其中，所述第一光学移相器和所述第二光学移相器光学地串联连接。4.根据权利要求2所述的光子处理器，其中，所述光学加法器还包括耦接至所述第二光学移相器的相干检测器。5.根据权利要求4所述的光子处理器，其中，所述光学加法器还包括第一波导和第二波导，其中，所述第一光学移相器和所述第二光学移相器内置在所述第一波导中，并且其中，所述第一波导和所述第二波导被提供作为所述相干检测器的输入端。6.根据权利要求5所述的光子处理器，其中，所述光学加法器还包括耦接至所述第一波导和所述第二波导的分束器。7.根据权利要求1所述的光子处理器，其中：所述第一编码器是第一光学编码器，其使得所述第一输入信号是第一光学输入信号，并且所述第二编码器是第二光学编码器，其使得所述第二输入信号是第二光学输入信号。8.根据权利要求7所述的光子处理器，其中：所述第一乘法器包括第一可调制检测器，其使得所述第一输出信号是第一电输出信号，并且所述第二乘法器包括第二可调制检测器，其使得所述第二输出信号是第二电输出信号。9.根据权利要求8所述的光子处理器，其中，所述第一可调制检测器具有可调制响应度，其中，所述第一可调制检测器被配置成通过基于所述第一矩阵值设置所述可调制响应度而产生所述第一输出信号。10.根据权利要求8所述的光子处理器，其中，所述第一可调制检测器具有可调制增益，其中，所述第一可调制检测器被配置成通过基于所述第一矩阵值设置所述可调制增益而产生所述第一输出信号。11.根据权利要求1所述的光子处理器，其中：
所述第一编码器是第一电子编码器，其使得所述第一输入信号是第一电输入信号，并且所述第二编码器是第二电子编码器，其使得所述第二输入信号是第二电输入信号。12.根据权利要求11所述的光子处理器，其中，所述第一乘法器包括吉尔伯特单元。13.根据权利要求1所述的光子处理器，还包括被配置成产生波长小于1.1μm的光的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。14.根据权利要求13所述的光子处理器，其中，所述光学加法器形成于硅基板上，并且其中，所述硅基板包括被配置成将波长小于1.1μm的光耦合至所述光学加法器的硅氮化物波导。15.根据权利要求1所述的光子处理器，其中，所述输出值等于所述和。16.一种用于利用光来计算数字加法的方法，所述方法包括：产生第一光信号和第二光信号；将所述第一光信号提供至相干检测器的第一输入端，其中，所述提供包括：基于第一数值对所述第一光信号的相位进行调制，并且基于第二数值对所述第一光信号的相位进行进一步调制；将所述第二光信号提供至所述相干检测器的第二输入端；以及基于所述相干检测器的输出将所述第一数值与所述第二数值相加。17.根据权利要求16所述的方法，其中，基于所述第一数值对所述第一光信号的相位进行调制包括使用指示所述第一数值的电压来控制移相器。18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述相干检测器包括第一光电检测器和第二光电检测器，所述第一光电检测器和所述第二光电检测器被连接成使得所述第一光电检测器的阳极耦接至所述第二光电检测器的阴极，并且其中，将所述第一数值与所述第二数值相加包括将所述第一光电检测器的所述阳极处的第一光电流与所述第二光电检测器的所述阴极处的第二光电流混合。19.一种光子加法器，包括：光分路器；耦接至所述光分路器的第一输出端的第一波导，所述第一波导包括光学地串联连接的第一可控移相器和第二可控移相器；耦接至所述光分路器的第二输出端的第二波导；以及相干检测器，其包括耦接至所述第一波导的第一光电检测器和耦接至所述第二波导的第二光电检测器。20.根据权利要求19所述的光子加法器，还包括被配置成产生指示第一输入值与第二输入值的和的输出值的数字电路，其中，所述产生包括：基于所述第一输入值控制所述第一可控移相器并且基于所述第二输入值控制所述第二可控移相器。21.根据权利要求18所述的光子加法器，其中，所述输出值等于所述第一输入值与所述第二输入值的和。22.根据权利要求19所述的光子加法器，其中，所述第二波导包括光学地串联连接的第三可控移相器和第四可控移相器。
23.根据权利要求19所述的光子加法器，还包括耦接至所述相干检测器的输出端的模数转换器(ADC)。24.根据权利要求19所述的光子加法器，其中，所述第一光电检测器的阳极电耦接至所述第二光电检测器的阴极。25.一种用于执行矩阵乘法的方法，所述方法包括：产生指示第一输入值与第一矩阵值的第一乘积的第一输出信号，其中，产生所述第一输出信号包括：控制第一编码器以基于所述第一输入值对第一输入信号进行编码；以及基于所述第一矩阵值控制定位成与所述第一编码器串联的第一乘法器；产生指示第二输入值与第二矩阵值的第二乘积的第二输出信号，其中，产生所述第二输出信号包括：控制第二编码器以基于所述第二输入值对第二输入信号进行编码；以及基于所述第二矩阵值控制定位成与所述第二编码器串联的第二乘...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯，
申请(专利权)人：光物质公司，
类型：发明
国别省市：