[发明专利]一种光电计算单元的控制方法

权利要求书

1.一种光电计算单元的控制方法，其特征在于，光电计算单元包括发光单元和计算单元，发光单元发出的光入射到计算单元中，所述计算单元包括三部分：作为光生载流子收集和读出区的P型半导体衬底；作为耦合区的电荷耦合层；作为载流子控制区的控制栅极；其中，P型半导体衬底中设有N型漏端和N型源端；

所述控制方法具体为：通过在控制栅极、P型半导体衬底以及N型源极和N型漏极施加不同的电学条件，改变所述计算单元内的电学状态，使得计算单元处于不同的工作阶段，工作阶段包括：接收光子并生成光生载流子的光输入阶段；接收电子并使电子和光生载流子产生运算关系的电输入阶段；输出被光生载流子和电输入电子共同作用的读出阶段；擦除光输入数据的光输入复位阶段；所述光输入阶段的控制方法具体为：在控制栅极上施加正压，并且在P型半导体衬底上施加负压，同时在N型漏端和N型源端上加零偏压，使得P型半导体衬底底部和表面沟道之间产生足够大的电场，达到光输入的条件，从而计算单元进入光输入阶段；通过撤去或降低控制栅极上的正压、撤去或提升P型半导体衬底上的负压或者降低N型漏端和N型源端上的偏压，使得计算单元脱离光输入阶段；

所述光输入复位阶段的控制方法具体为：通过在控制栅极上施加负压，并且在P型半导体衬底上施加正压或者零偏压；或者在控制栅极上施加负压或零偏压，并且在P型半导体衬底上施加正压，使得储存在电荷耦合层的代表光输入量的光生载流子从电荷耦合层被抽走并与P型半导体衬底内的空穴复合，计算单元进入光输入复位阶段并完成光输入量的复位；

所述电输入阶段的控制方法具体为：通过在控制栅极上施加代表电输入量的大小的正偏压，使电输入量以载流子的形式输入控制栅极中；或者通过在P型半导体衬底的N型漏极和N型源极之间施加代表电输入量的大小的偏压，使电输入量以载流子的形式输入计算单元的光生载流子收集和读出区中，计算单元进入电输入阶段并输入电输入量；

所述读出阶段的控制方法具体为：当代表电输入量的载流子通过控制栅极输入计算单元当中时，通过在P型半导体衬底的N型源极和N型漏极之间加一恒定偏压，使光生载流子收集和读出区中受到光输入量和电输入量共同作用的载流子以电流的形式输出，计算单元进入读出阶段并完成读出工作；或者当代表电输入量的载流子通过P型半导体衬底的N型源极和N型漏极输入计算单元当中时，通过在控制栅极上施加一恒定偏压，使光生载流子收集和读出区中受到光输入量和电输入量共同作用的载流子以电流的形式输出，计算单元进入读出阶段并完成读出工作。

2.根据权利要求1所述的一种光电计算单元的控制方法，其特征在于，多个所述光电计算单元排列成待卷积运算中的卷积核大小的阵列，阵列中所有计算单元的光生载流子收集和读出区的输出端彼此相连并汇总成一个输出端；控制方法具体为：

发光单元采用单一均场光源光输入的方法，通过控制每个计算单元处于光输入阶段的时间长短，来实现单独的精确光输入；

给阵列中所有光电计算单元施加恒定的电输入量，控制某一个完成了光输入的单个光电计算单元进入读出阶段，而其他光电计算单元不进入读出阶段；通过读出结果对当前单元光输入量的值的准确度进行判断；当读出结果出现偏差后，对当前计算单元进行光输入量的复位和重新输入，使得计算单元获得理想的光输入量；按照上述方法依次对每一个计算单元进行光输入，最终使得所有计算单元获得理想的光输入量。

3.根据权利要求1所述的一种光电计算单元的控制方法，其特征在于，多个所述光电计算单元排列成待卷积运算中的卷积核大小的阵列，阵列中所有计算单元的光生载流子收集和读出区的输出端彼此相连并汇总成一个输出端；控制方法具体为：

发光单元采用单一均场光源光输入的方法，控制单个光电计算单元进入固定时长的光输入阶段，其中，固定时长取决于所需要达到的光输入精度；

给阵列中所有光电计算单元施加恒定的电输入量，控制某一个完成了光输入的单个光电计算单元进入读出阶段，而其他光电计算单元不进入读出阶段；比较读出结果和预期结果的差距，所述预期结果即在光输入完全精确完成时当前处于读出阶段的计算单元的输出值；当读出结果和期望结果存在偏差时，重新驱动当前计算单元进入固定时长的光输入阶段，之后再次判断读出结果和期望结果的偏差，直到读出结果和期望结果吻合时，当前计算单元即完成了完整的高精度光输入，按照上述方法依次对每一个计算单元进行光输入，最终使得所有计算单元获得理想的光输入量。