【技术实现步骤摘要】
本申请涉及，具体地，涉及一种基于光计算架构的矩阵计算方法、设备、系统及介质。
技术介绍
1、近年来，人工智能(artificial intelligence，ai)技术迅猛发展，在语言翻译、图像分类、音频识别、自动驾驶以及癌症诊断等众多领域均被广泛应用。ai模型随着规模的不断扩大，对高计算能力、快速处理以及高能效的需求也日益增长。
2、然而，由于焦耳热效应、电子隧穿效应、寄生电容和射频串扰等基本限制的存在，传统的电子集成电路在提高性能和能效方面面临着越来越大的挑战，通过半导体技术实现这一目标的难度逐渐加大。光子计算作为一种前景广阔的解决方案应运而生，光子计算技术是一种新兴的、利用光代替电进行信息处理的技术，通过光的干涉、衍射、偏振等物理现象来实现逻辑操作和数学计算，它充分利用了光的低延时、低功耗、无电磁干扰和并行处理等优点，尤其能够适用于执行大规模矩阵运算，而矩阵运算是许多ai算法例如前馈神经网络、卷积神经网络和脉冲神经网络的基础运算。
3、当前，大规模纵横式交换矩阵(cross-bar)架构在光子计算中被认为是一种易于构造大规模计算矩阵的方法，如利用光耦合器和相变材料实现结构简单、尺寸更小的计算阵列。但是，利用光耦合器和相变材料构造大规模计算架构，存在着损耗高、信噪比差等诸多问题。
技术实现思路
1、本申请旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请提供了一种基于光计算架构的矩阵计算方法、设备、系统及介质。
2、作为本申请的第一个方
3、根据各所述分光单元的分光比设计参数，确定出各所述分光单元的分光权重；
4、将各所述分光权重分别输入至相应的分光单元，并将待计算光信号分别提供给各所述输入波导；其中，所述分光单元将经过自身的光根据所述分光权重部分输入至自身连接的输出波导；
5、获取各所述光电探测器的探测结果；
6、根据各所述光电探测器的探测结果，确定出所述待计算光信号的矩阵运算结果。
7、可选地，通过如下公式确定出各所述分光单元的分光权重：
8、
9、cij＝biaij (2)；
10、
11、在公式(1)、(2)和(3)中，kij表示第i列第j行的分光单元的分光比设计参数，aij表示第i列第j行的分光单元的分光系数，cij表示第i列第j行的分光单元的分光权重，bi表示第i列分光单元的补偿系数，m表示分光单元的列的总数量,“＝const＝”表示向常量取值。
12、可选地，所述光计算架构包括呈多行多列排布的多个芯片，所述分光单元在各所述芯片上均呈多行多列排布，各所述芯片之间通过总线bus波导连接，所述光计算架构的矩阵计算规模为hm×kn，其中，h表示芯片的列的总数量，k表示芯片的行的总数量，m表示芯片中分光单元的列的总数量，n表示芯片中分光单元的行的总数量，h、k、m、n均为正整数。
13、可选地，所述将待计算光信号分别提供给各所述输入波导包括：
14、将光学频率梳输入至解复用器demux，以使所述解复用器demux对所述光学频率梳进行分光处理获得待计算光信号、并将所述待计算光信号分别提供给各所述输入波导。
15、作为本申请的第二个方面，提供一种电子设备，其中，所述电子设备包括：
16、一个或多个处理器；
17、存储器，其上存储有一个或多个计算机程序，当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据本申请的第一个方面所提供的基于光计算架构的矩阵计算方法。
18、作为本申请的第三个方面，提供一种矩阵计算系统，其中，所述矩阵计算系统包括根据本申请的第二个方面所提供的电子设备以及光计算架构，所述光计算架构包括输入波导、分光单元、输出波导和光电探测器，各所述分光单元呈多行多列排布，各所述分光单元均包括一个输入端口和两个输出端口，每行所述分光单元中首个分光单元通过所述输入端口与所述输入波导连接，每行所述分光单元中相邻两个分光单元之间通过级联在前分光单元的其中一个输出端口与级联在后分光单元的输入端口连接，各所述分光单元均通过另一个输出端口连接至所述输出波导，每列所述分光单元所连接的输出波导的末端与同一所述光电探测器连接；
19、分光单元用于将经过自身的光根据接收到的分光权重部分输入至自身连接的输出波导，各所述光电探测器用于对相应列分光单元的输出光进行探测以获得探测结果，各所述探测结果用于确定出输入至所述光计算架构的待计算光信号的矩阵运算结果。
20、可选地，每列所述分光单元中任意两个分光单元所连接的输出波导不同，每列所述分光单元所连接的各所述输出波导的末端之间并行连接至光电探测器。
21、可选地，所述输出波导为总线bus波导，所述总线bus波导包括多个两两不同的非相干合束器，每列所述分光单元中任意两个分光单元所连接的非相干合束器不同。
22、可选地，所述分光单元的所述一个输入端口和两个输出端口之间还依次级联有分束器、相移器和耦合器。
23、作为本申请的第四个方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现根据本申请的第一个方面所提供的基于光计算架构的矩阵计算方法。
24、在本申请实施例所提供的基于光计算架构的矩阵计算方法中，首先构建包括输入波导、分光单元、输出波导和光电探测器的光计算架构，其中，各所述分光单元呈多行多列排布，各所述分光单元均包括一个输入端口和两个输出端口，每行所述分光单元中首个分光单元通过所述输入端口与所述输入波导连接，每行所述分光单元中相邻两个分光单元之间通过级联在前分光单元的其中一个输出端口与级联在后分光单元的输入端口连接，各所述分光单元均通过另一个输出端口连接至所述输出波导，每列所述分光单元所连接的输出波导的末端与同一所述光电探测器连接。进一步地，根据各所述分光单元的分光比设计参数，确定出各所述分光单元的分光权重；将各所述分光权重分别输入至相应的分光单元，并将待计算光信号分别提供给各所述输入波导；其中，所述分光单元将经过自身的光根据所述分光权重部分输入至自身连接的输出波导；获取各所述光电探测器的探测结果；根据各所述光电探测器的探测结果，确定出所述待计算光信号的矩阵运算结果。通过调整光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光计算架构的矩阵计算方法，其特征在于，所述光计算架构包括输入波导、分光单元、输出波导和光电探测器，各所述分光单元呈多行多列排布，各所述分光单元均包括一个输入端口和两个输出端口，每行所述分光单元中首个分光单元通过所述输入端口与所述输入波导连接，每行所述分光单元中相邻两个分光单元之间通过级联在前分光单元的其中一个输出端口与级联在后分光单元的输入端口连接，各所述分光单元均通过另一个输出端口连接至所述输出波导，每列所述分光单元所连接的输出波导的末端与同一所述光电探测器连接；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式确定出各所述分光单元的分光权重：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光计算架构包括呈多行多列排布的多个芯片，所述分光单元在各所述芯片上均呈多行多列排布，各所述芯片之间通过总线bus波导连接，所述光计算架构的矩阵计算规模为hm×kn，其中，h表示芯片的列的总数量，k表示芯片的行的总数量，m表示芯片中分光单元的列的总数量，n表示芯片中分光单元的行的总数量，h、k、m、n均为正整数。
4.根据权利
5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
6.一种矩阵计算系统，其特征在于，所述矩阵计算系统包括根据权利要求5所述的电子设备以及光计算架构，所述光计算架构包括输入波导、分光单元、输出波导和光电探测器，各所述分光单元呈多行多列排布，各所述分光单元均包括一个输入端口和两个输出端口，每行所述分光单元中首个分光单元通过所述输入端口与所述输入波导连接，每行所述分光单元中相邻两个分光单元之间通过级联在前分光单元的其中一个输出端口与级联在后分光单元的输入端口连接，各所述分光单元均通过另一个输出端口连接至所述输出波导，每列所述分光单元所连接的输出波导的末端与同一所述光电探测器连接；
7.根据权利要求6所述的矩阵计算系统，其特征在于，每列所述分光单元中任意两个分光单元所连接的输出波导不同，每列所述分光单元所连接的各所述输出波导的末端之间并行连接至光电探测器。
8.根据权利要求6所述的矩阵计算系统，其特征在于，所述输出波导为总线bus波导，所述总线bus波导包括多个两两不同的非相干合束器，每列所述分光单元中任意两个分光单元所连接的非相干合束器不同。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的矩阵计算系统，其特征在于，所述分光单元的所述一个输入端口和两个输出端口之间还依次级联有分束器、相移器和耦合器。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-4中任一项所述的基于光计算架构的矩阵计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光计算架构的矩阵计算方法，其特征在于，所述光计算架构包括输入波导、分光单元、输出波导和光电探测器，各所述分光单元呈多行多列排布，各所述分光单元均包括一个输入端口和两个输出端口，每行所述分光单元中首个分光单元通过所述输入端口与所述输入波导连接，每行所述分光单元中相邻两个分光单元之间通过级联在前分光单元的其中一个输出端口与级联在后分光单元的输入端口连接，各所述分光单元均通过另一个输出端口连接至所述输出波导，每列所述分光单元所连接的输出波导的末端与同一所述光电探测器连接；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式确定出各所述分光单元的分光权重：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光计算架构包括呈多行多列排布的多个芯片，所述分光单元在各所述芯片上均呈多行多列排布，各所述芯片之间通过总线bus波导连接，所述光计算架构的矩阵计算规模为hm×kn，其中，h表示芯片的列的总数量，k表示芯片的行的总数量，m表示芯片中分光单元的列的总数量，n表示芯片中分光单元的行的总数量，h、k、m、n均为正整数。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述将待计算光信号分别提供给各所述输入波导包括：
5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
6.一种矩阵计算系统，其特征在于，所述矩阵计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：林天华，
申请(专利权)人：徐州光引科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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