[發明專利]用于神經網絡訓練的光子張量核集成電路架構及其神經網絡訓練方法有效
| 申請號： | 202010546193.6 | 申請日： | 2020-06-16 |
| 公開（公告）號： | CN111723337B | 公開（公告）日： | 2023-02-07 |
| 發明（設計）人： | 鄒衛文;徐紹夫 | 申請（專利權）人： | 上海交通大學 |
| 主分類號： | G06F17/16 | 分類號： | G06F17/16;G06N3/0464;G06N3/084;G06F9/30 |
| 代理公司： | 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317 | 代理人： | 張寧展 |
| 地址： | 200240 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 用于 神經網絡 訓練 光子 張量 集成電路 架構 及其 方法 | ||
1.一種用于神經網絡訓練的光子張量核集成電路架構，其特征在于，包含脈沖光源(100)、分光器陣列(200)、A矩陣調制器陣列(300)、B矩陣調制器陣列(400)、層間耦合器陣列(500)、上層總線波導(600)、下層總線波導(700)和點積單元陣列(800)；
所述的分光器陣列(200)具有2*Q個分光輸出端，所述的A矩陣調制器陣列(300)包含并行的Q個光調制器，所述的B矩陣調制器陣列(400)包含并行的Q個光調制器，所述的上層總線波導(600)包含Q根上層波導，所述的下層總線波導(700)包含Q根下層波導，所述的層間耦合器陣列(500)包含Q個層間耦合器(501)；
所述的點積單元陣列(800)包含Q*Q個點積單元(810)，每個點積單元(810)包括一個第二層間耦合器(812)、一個移相器(813)、一個3dB光定向耦合器(814)、兩個平衡光電探測器(815)、一個電容器(816)和一個電開關(817)，所述的第二層間耦合器(812)的輸入端為一個光輸入端，所述的移相器(813)的輸入端為另一個光輸入端，所述的第二層間耦合器(812)的輸出端和所述的移相器(813)的輸出端分別與所述的3dB光定向耦合器(814)的兩個輸入端相連，該3dB光定向耦合器(814)的兩個輸出端分別與兩個平衡光電探測器(815)的輸入端相連，所述的平衡光電探測器(815)的電輸出端連接一個電容器(816)的一端，該電容器(816)的另一端接地；該電容器(816)的兩端跨接一個電開關(817)；
所述的脈沖光源(100)的輸出端與所述的分光器陣列(200)的輸入端相連，所述的分光器陣列(200)的Q個輸出端與所述的A矩陣調制器陣列(300)的Q個輸入端相連，另外Q個輸出端與所述的B矩陣調制器陣列(400)的Q個輸入端相連，所述的A矩陣調制器陣列(300)的Q個輸出端分別與所述的下層總線波導(700)相連，并經所述的層間耦合器陣列(500)與所述的點積單元陣列(800)包含Q*Q個點積單元(810)的一個輸入端相連，所述的B矩陣調制器陣列(400)的Q個輸出端經所述的上層總線波導(600)與所述的點積單元陣列(800)包含Q*Q個點積單元(810)的另一輸入端相連；
所述的脈沖光源(100)提供相干的光脈沖序列，所述的分光器陣列(200)將光脈沖序列分成2*Q個光脈沖序列副本，其中Q個光脈沖序列副本進入所述的A矩陣調制器陣列(300)，另外Q個光脈沖序列副本進入所述的B矩陣調制器陣列(400)，進入A矩陣調制器陣列(300)的光脈沖序列副本數目大于等于A矩陣的行數，進入所述的B矩陣調制器陣列(400)的光脈沖序列副本數目大于等于B矩陣的列數；
所述的A矩陣調制器陣列(300)包含并行的Q個光調制器，將矩陣A的數據按行進行幅度調制，調制后，形成Q路調制光脈沖序列，每一路光脈沖序列表示A中一行的數據，即第i路光脈沖序列的幅度分別為Ai1，Ai2，Ai3…；所述的B矩陣調制器陣列(400)包含并行的Q個光調制器，將矩陣B的數據按列進行幅度調制，調制后，形成Q路調制光脈沖序列，每一路光脈沖序列表示B中一列的數據，即第j路光脈沖序列的幅度分別為B1j，B2j，B3j…；
所述的層間耦合器陣列(500)包含Q個并行的層間耦合器(501)，所述的Q個層間耦合器(501)將所述的A矩陣調制器陣列(300)輸出或者B矩陣調制器陣列(400)輸出的光脈沖序列從上層總線波導(600)耦合到下層總線波導(700)或從下層總線波導(700)耦合到上層總線波導(600)；
所述的上層總線波導(600)和下層總線波導(700)的長度滿足等腰性，即從任意一個點積單元(810)出發，到A矩陣調制器陣列(300)和到B矩陣調制器陣列(400)的光程相等；
所述的上層總線波導(600)與所述的下層總線波導(700)相互交叉形成Q*Q個交叉點，每個交叉點部署一個點積單元(810)，即所述的點積單元陣列(800)包含Q*Q個點積單元(810)，每個點積單元(810)完成一次點積計算，從而整個點積單元陣列(800)同時完成Q*Q次點積計算；
每一個點積單元(810)內部包含了光域到電域的轉換，具有一個電輸出，即計算結果輸出，點積單元陣列(800)共有Q*Q個矩陣式的計算結果輸出。
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