[發明專利]用于計算的納米力學網絡

在審

• 申請號: 202080032459.3
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN114208038A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: M.L.魯克斯;M.H.馬蒂尼;C.W.房
• 申請（專利權）人: 加州理工學院
• 主分類號: H03L7/00
• 分類號: H03L7/00;G01N29/11;H03B5/30;H03H9/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 胡琪

公開了一種納米機電系統(NEMS)振蕩器網絡及其操作方法。NEMS振蕩器網絡包括被配置為接收一個或多個輸入信號的一個或多個網絡輸入。NEMS振蕩器網絡還包括耦合到一個或多個網絡輸入的多個NEMS振蕩器。多個NEMS振蕩器中的每一個包括NEMS諧振器，并產生以特定頻率和特定相位振蕩的射頻(RF)輸出信號。NEMS振蕩器網絡還包括互連多個NEMS振蕩器的多個連接。NEMS振蕩器網絡還包括耦合到多個NEMS振蕩器并被配置為輸出一個或多個輸出信號的一個或多個網絡輸出。

相關應用的交叉引用

本申請要求2019年4月30日提交的題為“NANOMECHANICAL NETWORKS FORCOMPUTATION”的美國臨時專利申請第62/841112號的優先權，其公開內容通過引用整體合并于此。

背景技術

從先進的機器學習到手機相機系統中的圖像處理，以中央處理器為中心的計算正在下降。例如，對于許多智能電話設備，很大一部分處理目前不是由中央處理器進行，而是由專用芯片(包括圖形處理單元、圖像信號處理器、調制解調器等)執行。由于組合優化和低精度矩陣乘法需要大量的計算，同樣的問題在機器學習中表現突出。

對于這些應用中的許多應用，處理器和存儲器之間的通信延遲(稱為馮·諾依曼瓶頸)尤其嚴重，因為要處理大量數據，并且要使用大量存儲器。雖然互補金屬氧化物半導體(CMOS)加速器通過并行化實現了更快的性能，但并行內核間負載的不均勻分布以及當前架構的同步特性不可避免地會導致速度變慢。結合互補金屬氧化物半導體擴展的可能結束，需要開發新的和替代的大規模、快速和低功耗解決方案。

發明內容

本發明總體上涉及使用納米機電系統(NEMS)振蕩器網絡執行計算的方法和系統。更具體地說，本發明的實施例涉及這種網絡的結構和用于針對特定任務訓練它們的方法。

一個或多個計算機的系統可以被配置為通過在系統上安裝軟件、固件、硬件或它們的組合(在操作中導致系統執行這些動作)來執行特定的操作或動作。一個或多個計算機程序可以被配置為通過包括指令來執行特定的操作或動作，這些指令在被數據處理設備執行時使得該設備執行這些動作。一個一般方面包括一種納米機電系統(NEMS)振蕩器網絡，包括：一個或多個網絡輸入，其中一個或多個網絡輸入被配置為接收一個或多個輸入信號。納米機電系統還包括耦合到一個或多個網絡輸入的多個NEMS振蕩器，其中多個NEMS振蕩器中的每個NEMS振蕩器產生以特定頻率和特定相位振蕩的射頻(RF)輸出信號。納米機電系統還包括將多個NEMS振蕩器互連的多個連接，使得多個NEMS振蕩器中的每個NEMS振蕩器通過多個連接中的至少一個連接連接到多個NEMS振蕩器中的至少一個其他NEMS振蕩器。納米機電系統還包括一個或多個網絡輸出，一個或多個網絡輸出耦合到多個NEMS振蕩器，其中一個或多個網絡輸出被配置為輸出一個或多個輸出信號。該方面的其他實施例包括記錄在一個或多個計算機存儲設備上的相應計算機系統、裝置和計算機程序，每個都被配置為執行方法的動作。

實施方式可以包括一個或多個以下特征。NEMS振蕩器網絡，其中多個NEMS振蕩器的每個NEMS振蕩器包括NEMS諧振器。NEMS振蕩器網絡，其中多個NEMS振蕩器的每個NEMS振蕩器包括NEMS諧振器的輸出和NEMS諧振器的輸入之間的反饋路徑。NEMS振蕩器網絡，其中多個連接的每個連接包括多個耦合權重的耦合權重，耦合權重導致通過連接的RF輸出信號的幅度變化。NEMS振蕩器網絡，其中多個耦合權重的每個耦合權重還引起通過連接的RF輸出信號的相位變化。NEMS振蕩器網絡，其中在多個NEMS振蕩器的每個NEMS振蕩器產生的RF輸出信號通過多個連接中的至少一個連接被發送。NEMS振蕩器網絡，其中NEMS振蕩器網絡由訓練過程訓練，訓練過程：在一個或多個網絡輸入提供一個或多個輸入信號。NEMS振蕩器網絡還可以包括在一個或多個網絡輸出處讀取一個或多個輸出信號。NEMS振蕩器網絡還可以包括在一個或多個輸出信號和一個或多個參考輸出信號之間執行比較。NEMS振蕩器網絡還可以包括基于比較修改NEMS振蕩器網絡。所描述的技術的實施方式可以包括硬件、方法或過程，或者計算機可訪問介質上的計算機軟件。