[發明專利]一種基于多波長光源的矩陣向量乘法器及其運算方法

有效

• 申請號: 202110354818.3
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN112799464B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 徐之光;程東;趙衛;姚宏鵬;杜炳政;布蘭特·埃弗雷特·李特爾;羅伊·戴維森
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所;西安奇芯光電科技有限公司
• 主分類號: G06E1/04
• 分類號: G06E1/04;G06F17/16
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發明提供一種基于多波長光源的矩陣向量乘法器及其運算方法，解決現有矩陣向量乘法器結構不易實現的問題。該矩陣向量乘法器包括依次設置的多波長光源、光調制器、延遲色散元件、功率分束器、波長解復用器陣列、可調光衰減器陣列、波長復用器陣列和探測器陣列；波長解復用器陣列包括N個波長解復用器；可調光衰減器陣列包括N×N個可調光衰減器；波長復用器陣列包括N個波長復用器；探測器陣列包括N個探測器。與傳統光子計算相比，本發明所提出的矩陣向量乘法器具有高性能、高可實現性、易于集成等優勢。

技術領域

本發明涉及光信息技術領域，具體涉及一種基于多波長光源的矩陣向量乘法器及其運算方法。

背景技術

計算技術是現代信息技術的核心，傳統電子計算方法具有高能耗、低效率、低并行性的缺點，而光子計算技術可以克服上述缺點。矩陣-向量乘法是光子計算的一個重要分支。對于人工智能等應用，矩陣向量乘法占總運算量的90%以上。在這一類應用中，通常向量中元素的變化較快，在光子計算中需要采用高速調制器實現矩陣元素信息的加載，而矩陣元素相對固定，可以使用速度較低的可調光衰減器等實現。對于N個元素的向量乘以N×N個矩陣的運算，傳統的技術需要N個高速調制器，由于計算的苛刻要求，N個高速調制器必須在時間上嚴格保持同步，同時需要保持調制的嚴格一致性，這極大地降低了硬件的可實現性，規模越大、速度越高，則越難實現。

發明內容

本發明的目的是解決現有矩陣向量乘法器結構不易實現的問題，提供一種基于多波長光源的矩陣向量乘法器及其運算方法，與傳統光子計算相比，本發明所提出的矩陣向量乘法器具有高性能、高可實現性、易于集成等優勢。

為實現以上發明目的，本發明的技術方案為：

一種基于多波長光源的矩陣向量乘法器，包括依次設置的多波長光源、光調制器、延遲色散元件、功率分束器、波長解復用器陣列、可調光衰減器陣列、波長復用器陣列和探測器陣列；所述功率分束器設置有一個輸入口、N個輸出口；波長解復用器陣列包括N個波長解復用器，每個波長解復用器設置有一個輸入口、N個輸出口；所述可調光衰減器陣列包括N×N個可調光衰減器；所述波長復用器陣列包括N個波長復用器，每個波長復用器設置有N個輸入口、一個輸出口；所述探測器陣列包括N個探測器；所述多波長光源的輸出口與光調制器的輸入口連接，所述光調制器的輸出口與延遲色散元件的輸入口連接，所述延遲色散元件的輸出口與功率分束器的輸入口連接，所述功率分束器的N個輸出口與N個波長解復用器的輸入口一一對應連接，每個波長解復用器的N個輸出口與N個可調光衰減器的輸入口一一對應連接，N個可調光衰減器的輸出口均與一個波長復用器的N個輸入口一一對應連接，N個波長復用器的輸出口與N個探測器的輸入口一一對應連接；多波長光源發出具有N個等頻率間隔的一組光束，光調制器對該光束進行調制，得到具有N個不同頻率的一組光束；延遲色散元件對調制后的光束產生不同的延遲，功率分束器將延遲后的光束進行分束，得到N組光束，每組光束均包含N個頻率，N組光束分別進入N個波長解復用器，任意一組光束中N個頻率的光被解復用到不同的出口，從而產生N×N組只含有一種頻率的光束，N×N組光束中，每組光束被一個可調光衰減器調制，加載不同的信息，經過可調光衰減器調制之后的N×N組光束中，每N組經過一個波長復用器合成一組光束，N×N組光束被合成N組光束，每組光束含有N個頻率，N組光束分別進入N個光探測器，完成加法運算。

進一步地，所述多波長光源為多波長激光器陣列。

進一步地，所述多波長光源為光學頻率梳。

進一步地，所述延遲色散元件為光纖。

進一步地，所述延遲色散元件為多點布拉格反射光柵。

同時，本發明提供一種基于多波長光源的矩陣向量乘法器的運算方法，包括以下步驟：

步驟一、多波長光源發出具有N個等頻率間隔的一組光束，并對該光束以B的波特率進行調制，得到在不同時刻加載不同信息且具有N個不同頻率的一組光束；