[发明专利]一种基于光电计算阵列的矩阵向量乘法器及其运算方法

权利要求书

1.一种基于光电计算阵列的矩阵向量乘法器，包括光电计算阵列和模数转换器，其特征在于，光电计算阵列由m*n个光电计算单元周期性排列组成，其中m为行数，n为列数；每个光电计算单元包括发光单元和计算单元，每个计算单元包括光输入端和结果输出端，发光单元发出的光入射到对应的计算单元的光输入端；每一列计算单元的结果输出端依次相连，多列计算单元输出的电流信号共同输入到一个模数转换器；所述计算单元包括载流子控制区、耦合区、以及光生载流子收集区和读出区；所述载流子控制区用于控制并调制光生载流子收集区和读出区内的载流子；所述光生载流子收集区和读出区中的收集区用于吸收发光单元发射的光子并收集产生的光生载流子；所述载流子控制区或者光生载流子收集区和读出区中的读出区与电信号连接，读出区用于输出被所述光生载流子和所述电信号作用后的载流子；所述耦合区连接收集区和读出区。

2.根据权利要求1所述的一种基于光电计算阵列的矩阵向量乘法器，其特征在于，在光电计算阵列中，每一列计算单元的读出区依次相连，每一行计算单元的载流子控制区依次相连。

3.如权利要求1所述一种基于光电计算阵列的矩阵向量乘法器的运算方法，其特征在于，具体过程如下：

(1)将m*n个光电计算单元排列成和待乘矩阵行列数相同的单元阵列，所述计算单元包括载流子控制区、耦合区、以及光生载流子收集区和读出区；单元阵列中，每一列计算单元的光生载流子收集区和读出区的输出端依次相连，每一行计算单元的载流子控制区依次相连；

(2)所述发光单元发出被设置为待乘矩阵中数据的光信号，并入射到对应的计算单元的光生载流子收集区和读出区的输入端，为矩阵向量乘法器的矩阵数据输入端；每一行计算单元的载流子控制区输入被设置为代表向量中各个元素的载流子，为矩阵向量乘法器的向量数据输入端；其中，所述向量中各个元素的数据被转化为二进制后，按照比特位串行地将代表二值化后数据的载流子输入到各个行的载流子控制区中；

(3)计算单元的光生载流子收集区和读出区的输出端输出受矩阵数据和向量数据共同作用后的载流子，并在固定电压的驱动下以电流的形式输出，每一列计算单元的所有电流值汇聚得到模拟加法结果，多列模拟加法结果再共同输入到一个模数转换器中，通过控制地址对各列的模拟加法结果进行模数转换，然后按输入的比特位进行移位操作再累加，得到结果向量。

4.如权利要求1所述一种基于光电计算阵列的矩阵向量乘法器的运算方法，其特征在于，具体过程如下：

(1)将m*n个光电计算单元排列成和待乘矩阵行列数相同的单元阵列，所述计算单元包括载流子控制区、耦合区、以及光生载流子收集区和读出区；单元阵列中，每一列计算单元的光生载流子收集区和读出区的输出端依次相连，每一行计算单元的载流子控制区依次相连；

(2)所述发光单元发出被设置为待乘矩阵中数据的光信号，并入射到对应的计算单元的光生载流子收集区和读出区的输入端，为矩阵向量乘法器的矩阵数据输入端；每一行计算单元的载流子控制区输入被设置为代表向量中各个元素的载流子，为矩阵向量乘法器的向量数据输入端；将单元阵列划分为多个分块单元，所述向量中各个元素的数据被转化为二进制后，按照比特位展开并且并行地将代表二值化后数据的载流子分时输入到各分块单元的各行载流子控制区；当某一分块单元输入向量数据时，向量中其他数据补零使向量的长度与原向量长度保持一致；

(3)计算单元的光生载流子收集区和读出区的输出端输出受矩阵数据和向量数据共同作用后的载流子，并在固定电压的驱动下以电流的形式输出，各分块单元的电流值通过模数转换后形成中间结果，所述中间结果再按照单元阵列的划分形式整合成最终计算结果。