[发明专利]一种光学数值全加器、光学数值全加方法及装置

说明书

一种光学数值全加器、光学数值全加方法及装置。其中的光学数值全加器包括：进行级联的至少两个光学全加单元，至少两个光学全加单元中的各光学全加单元包括：光输入端、用于输入待相加信号的信号输入端、至少一个低位进位信号输入端、用于输出相加结果的信号输出端、至少一个高位进位信号输出端、至少一条光波导和基于光学导向逻辑的光开关；进行级联的至少两个光学全加单元中，任一个光学全加单元的至少一个高位进位信号输出端与其下一级的光学全加单元的至少一个低位进位信号输入端相连。还公开了相应的光学数值全加方法及装置。

技术领域

本发明涉及光学计算技术领域，尤其涉及一种光学数值全加器、光学数值全加方法及装置。

背景技术

未来不断增长的数据流量将对计算机系统的数据处理能力提出更高的要求，计算机系统的性能将直接关系到信息产业乃至各行各业的发展和进步。现有基于电子的计算机系统依赖于集成电路技术的持续发展，处理器的计算能力不断增强。然而，随着芯片集成度的提高，芯片内的功耗急剧上升，由此引来的散热问题将制约处理器性能的进一步提升。

与电子元器件相比，基于光子的器件往往具有高带宽、低功耗、高度并行性的特点，因此已经开始了基于光子的计算机系统及其基本元功能器件的研究，以打破现有计算机系统的发展瓶颈。加法器在电计算中充当着极为重要的角色，除了可以对输入数据进行加法运算外，还是实现乘法器、码组转换器、累加器、计数器等器件的基础。正是因为这样，光学加法器也是光计算系统中的一项重要研究内容。

如图1所示，现有的光学全加器多是利用材料的非线性效应，比如基于周期性极化铌酸锂波导的结构或者基于半导体光放大器的结构。基于这些结构的二进制光学全加器往往是由多个基本的基于非线性效应的全光开关级联而成。基于非线性效应的二进制光学全加器要利用材料的非线性效应，该结构在工作时需要一束很强的泵浦光注入到材料中才能实现开光的功能，这样会极大增加光源的制作难度和成本，同时高强度的光注入也会对系统的散热提出更高的要求；且要求材料具有较强的光学非线性效应，如周期性极化铌酸锂等，并且需要特殊的加工工艺才能实现，无法在非线性效应很弱的硅材料上直接制作，因此该全加器的材料成本和制作成本都较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种光学数值全加器、光学数值全加方法及装置，可以使器件工作时无需高强度的泵浦光注入，制作工艺与互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容，器件的实现难度和制作成本降低，以及使全加运算过程延迟小、运算速度快和功耗低。

第一方面，提供了一种光学数值全加器，包括：

进行级联的至少两个光学全加单元，所述至少两个光学全加单元中的各光学全加单元包括：光输入端、用于输入待相加信号的信号输入端、至少一个低位进位信号输入端、用于输出相加结果的信号输出端、至少一个高位进位信号输出端、至少一条光波导和基于光学导向逻辑的光开关；

所述进行级联的至少两个光学全加单元中，任一个光学全加单元的所述至少一个高位进位信号输出端与其下一级的光学全加单元的所述至少一个低位进位信号输入端相连。

在第一种可能的实现方式中，所述各光学全加单元还包括：光分束器、光合束器。

结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述各光学全加单元具体包括两个信号输入端，其中一个信号输入端用于输入第一待相加电信号，另一个信号输入端用于输入第二待相加电信号。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述第一待相加电信号和所述第二待相加电信号均为多位二进制数；

所述各光学全加单元用于按照位数从低到高的顺序，对所述第一待相加电信号和所述第二待相加电信号的每一位以及低位进位信号分别进行相加以获得相加结果和高位进位信号。