[發(fā)明專(zhuān)利]一種光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010956262.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112232504A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田野;李強(qiáng);趙洋;王瑋;劉勝平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 聯(lián)合微電子中心有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06N3/067
• 分類(lèi)號(hào): G06N3/067
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 朱薇蕾;張振軍

一種光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括：光調(diào)制單元，將待處理信號(hào)調(diào)制到光的實(shí)振幅，并在調(diào)制時(shí)在實(shí)振幅與光的相位之間引入非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到第一陣列的光學(xué)信號(hào)；光子矩陣計(jì)算單元，接收第一陣列的光學(xué)信號(hào)并進(jìn)行矩陣計(jì)算以得到第二陣列的光學(xué)信號(hào)，進(jìn)行矩陣計(jì)算時(shí)同時(shí)執(zhí)行矩陣乘法和非線性變換；投影計(jì)算單元，接收第二陣列的光學(xué)信號(hào)并基于光學(xué)干涉提取第二陣列的光學(xué)信號(hào)的復(fù)振幅的實(shí)部，以得到第三陣列的光學(xué)信號(hào)，實(shí)部表征矩陣乘法和非線性變換的運(yùn)算結(jié)果；光接收單元，接收第三陣列的光學(xué)信號(hào)以獲取處理后信號(hào)。本發(fā)明方案提供一種能夠同時(shí)進(jìn)行線性和非線性運(yùn)算的光子人工智能芯片，功耗低、運(yùn)算速度快、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成度高且非線性運(yùn)算可重構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子人工智能芯片技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)

在當(dāng)今人工智能領(lǐng)域最熱門(mén)的深度學(xué)習(xí)中，其運(yùn)算過(guò)程主要涉及兩個(gè)部分：矩陣乘法和非線性激活函數(shù)。具體而言，人工智能算法具有處理內(nèi)容為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(如視頻、圖像、語(yǔ)音)、處理過(guò)程需要進(jìn)行大量的線性代數(shù)運(yùn)算以及處理過(guò)程參數(shù)量大的特點(diǎn)。以中央處理器為主的計(jì)算硬件無(wú)法滿足人工智能的計(jì)算力需求，只能依賴(lài)人工智能(Artificial intelligence，簡(jiǎn)稱(chēng)AI)芯片實(shí)現(xiàn)。具體而言，AI芯片是專(zhuān)門(mén)面向AI應(yīng)用的芯片，是AI技術(shù)的一種重要的物理基礎(chǔ)載體。

當(dāng)前，AI芯片主要基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal OxideSemiconductor，簡(jiǎn)稱(chēng)CMOS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。隨著集成電路器件尺寸不斷逼近物理極限，摩爾定律呈現(xiàn)放緩趨勢(shì)，同時(shí)微電子處理器存在能效比下降、時(shí)鐘頻率受限(難以超過(guò)6吉赫(GHz))、電子串?dāng)_、高功耗以及發(fā)熱等問(wèn)題，嚴(yán)重制約著現(xiàn)有的電子AI芯片性能的繼續(xù)提升。

為突破電子芯片在AI領(lǐng)域所面臨的問(wèn)題，光子人工智能芯片應(yīng)運(yùn)而生。但是，當(dāng)前光子人工智能芯片技術(shù)尚處于萌芽階段，對(duì)光子人工智能芯片的架構(gòu)設(shè)計(jì)仍有較多欠缺，無(wú)法充分發(fā)揮光子人工智能芯片的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種改進(jìn)的光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠同時(shí)進(jìn)行線性和非線性運(yùn)算。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種光子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括：光調(diào)制單元，所述光調(diào)制單元用于將待處理信號(hào)調(diào)制到光的實(shí)振幅，并在調(diào)制時(shí)在所述實(shí)振幅與所述光的相位之間引入非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，將所述光調(diào)制單元的輸出記作第一陣列的光學(xué)信號(hào)；光子矩陣計(jì)算單元，與所述光調(diào)制單元耦接以接收所述第一陣列的光學(xué)信號(hào)，所述光子矩陣計(jì)算單元對(duì)所述第一陣列的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行矩陣計(jì)算以得到第二陣列的光學(xué)信號(hào)，其中，在對(duì)所述第一陣列的光學(xué)信號(hào)進(jìn)行矩陣計(jì)算時(shí)同時(shí)執(zhí)行矩陣乘法和非線性變換；投影計(jì)算單元，與所述光子矩陣計(jì)算單元耦接以接收所述第二陣列的光學(xué)信號(hào)，所述投影計(jì)算單元基于光學(xué)干涉提取所述第二陣列的光學(xué)信號(hào)的復(fù)振幅的實(shí)部，以得到第三陣列的光學(xué)信號(hào)，其中，所述實(shí)部表征對(duì)所述第一陣列的光學(xué)信號(hào)執(zhí)行所述矩陣乘法和非線性變換的運(yùn)算結(jié)果；光接收單元，與所述投影計(jì)算單元耦接以接收所述第三陣列的光學(xué)信號(hào)，所述光接收單元基于所述第三陣列的光學(xué)信號(hào)獲取處理后信號(hào)。

可選的，所述非線性變換的變換函數(shù)與所述光調(diào)制單元進(jìn)行實(shí)振幅調(diào)制時(shí)引起的相位變化量以及移相器系數(shù)相關(guān)，其中，所述移相器系數(shù)是所述光子矩陣計(jì)算單元中等價(jià)對(duì)角矩陣采用的移相器的移相參數(shù)。

可選的，所述實(shí)振幅與所述光的相位之間的非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系是由于所述光調(diào)制單元的啁啾效應(yīng)引起的。

可選的，所述光調(diào)制單元包括：光學(xué)干涉單元，所述光學(xué)干涉單元的上臂或下臂設(shè)置有第一移相器，以將所述待處理信號(hào)調(diào)制到光的實(shí)振幅，同時(shí)調(diào)節(jié)所述實(shí)振幅與所述光的相位之間的非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。

可選的，所述光學(xué)干涉單元的輸入端或輸出端設(shè)置有第二移相器，以調(diào)節(jié)所述實(shí)振幅與所述光的相位之間的非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。