[發(fā)明專利]光學(xué)神經(jīng)模擬裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110468613.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN113705804A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·R·賈斯瓦爾;A·P·雅各布;卞宇生;M·拉科夫斯基
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 格芯（美國）集成電路科技有限公司
• 主分類號(hào): G06N3/067
• 分類號(hào): G06N3/067
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 賀月嬌;楊曉光

本公開涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更具體地涉及光學(xué)神經(jīng)模擬裝置和制造方法。該結(jié)構(gòu)包括：電路系統(tǒng)和多個(gè)光電探測(cè)器，該電路系統(tǒng)將從光電探測(cè)器產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)換為電流，然后對(duì)電流進(jìn)行求和以模擬神經(jīng)功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更具體地涉及光學(xué)神經(jīng)模擬裝置和制造方法。

背景技術(shù)

神經(jīng)模擬智能(也稱為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算)是一種人工智能，其中計(jì)算系 統(tǒng)將神經(jīng)過程的基本概念應(yīng)用于構(gòu)建智能系統(tǒng)。當(dāng)前的人工智能系統(tǒng)很慢， 這是因?yàn)樗鼈儑?yán)重依賴于工作頻率在GHz范圍內(nèi)的電子電路。

常規(guī)的光子器件被用于光子功能，并且最近已經(jīng)開始在光學(xué)神經(jīng)模擬 裝置中實(shí)現(xiàn)。光子系統(tǒng)的工作速度比電子電路系統(tǒng)快得多，例如，光子系 統(tǒng)可以走向THz操作。然而，光子系統(tǒng)不是“智能”系統(tǒng)，主要是數(shù)據(jù)接 收和發(fā)送單元。此外，使用傳統(tǒng)光子器件處理人工智能(AI)計(jì)算具有較 低的動(dòng)態(tài)范圍，例如，無法根據(jù)需要增加動(dòng)態(tài)范圍和“調(diào)節(jié)”。因此，這 些系統(tǒng)的控制受到限制。作為用于實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵功能的修正線性單 元(Rectified Linear Unit,ReLU)功能在光子器件中也很難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

在本公開的一方面，一種結(jié)構(gòu)包括電路系統(tǒng)(electrical circuitry)和 多個(gè)光電探測(cè)器，所述電路系統(tǒng)將從所述光電探測(cè)器產(chǎn)生的光電流轉(zhuǎn)換為 電流，然后對(duì)所述電流進(jìn)行求和以模擬神經(jīng)功能。

在本公開的一方面，一種結(jié)構(gòu)包括：波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；多個(gè)光電探測(cè)器，其 耦合到所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，每個(gè)光電探測(cè)器能夠從作為來自所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的輸 入而接收的光產(chǎn)生光電流；以及電路系統(tǒng)，其耦合到所述多個(gè)光電探測(cè)器 中的每個(gè)相應(yīng)光電探測(cè)器，所述電路系統(tǒng)將所述光電流轉(zhuǎn)換為電流，然后 對(duì)所述電流進(jìn)行求和以提供Sigmoid或修正線性單元(ReLU)神經(jīng)傳遞 函數(shù)。

在本公開的一方面，一種方法包括：由多個(gè)光電探測(cè)器產(chǎn)生光電流； 將所述多個(gè)光電探測(cè)器的每個(gè)光電流轉(zhuǎn)換為電流；以及對(duì)從每個(gè)光電流轉(zhuǎn) 換而來的每個(gè)電流進(jìn)行求和，并將每個(gè)電流的所述和作為Sigmoid或修正 線性單元(ReLU)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)輸出。

附圖說明

在下面的具體實(shí)施方式中，借助本公開的示例性實(shí)施例的非限制性示 例，參考所提到的多個(gè)附圖來描述本公開。

圖1示出了根據(jù)本公開的方面的光學(xué)神經(jīng)模擬裝置。

圖2示出了根據(jù)本公開的方面的用于光子器件(光學(xué)器件)的電路。

圖3示出了根據(jù)本公開的方面的線性光學(xué)神經(jīng)模擬裝置。

圖4示出了根據(jù)本公開的方面的具有不同尺寸的光子器件的線性光學(xué) 神經(jīng)模擬裝置。

圖5示出了根據(jù)本公開的另外方面的具有不同尺寸的光子器件的線性 光學(xué)神經(jīng)模擬裝置。

圖6示出了根據(jù)本公開的方面的具有替代電路系統(tǒng)的光學(xué)神經(jīng)模擬裝 置。

圖7示出了根據(jù)本公開的另外方面的具有替代電路系統(tǒng)的光學(xué)神經(jīng)模 擬裝置。

圖8示出了根據(jù)本公開的方面的具有可調(diào)電流鏡的光學(xué)神經(jīng)模擬裝 置。

圖9示出了根據(jù)本公開的方面的具有定向耦合器的光學(xué)神經(jīng)模擬裝 置。

圖10示出了根據(jù)本公開的方面的具有環(huán)形諧振器的光學(xué)神經(jīng)模擬裝 置。

圖11A至11D示出了根據(jù)本公開的方面的可以利用光學(xué)神經(jīng)模擬裝置 實(shí)現(xiàn)的替代電路系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式