[发明专利]用于计算的纳米力学网络

说明书

公开了一种纳米机电系统(NEMS)振荡器网络及其操作方法。NEMS振荡器网络包括被配置为接收一个或多个输入信号的一个或多个网络输入。NEMS振荡器网络还包括耦合到一个或多个网络输入的多个NEMS振荡器。多个NEMS振荡器中的每一个包括NEMS谐振器，并产生以特定频率和特定相位振荡的射频(RF)输出信号。NEMS振荡器网络还包括互连多个NEMS振荡器的多个连接。NEMS振荡器网络还包括耦合到多个NEMS振荡器并被配置为输出一个或多个输出信号的一个或多个网络输出。

相关应用的交叉引用

本申请要求2019年4月30日提交的题为“NANOMECHANICAL NETWORKS FORCOMPUTATION”的美国临时专利申请第62/841112号的优先权，其公开内容通过引用整体合并于此。

背景技术

从先进的机器学习到手机相机系统中的图像处理，以中央处理器为中心的计算正在下降。例如，对于许多智能电话设备，很大一部分处理目前不是由中央处理器进行，而是由专用芯片(包括图形处理单元、图像信号处理器、调制解调器等)执行。由于组合优化和低精度矩阵乘法需要大量的计算，同样的问题在机器学习中表现突出。

对于这些应用中的许多应用，处理器和存储器之间的通信延迟(称为冯·诺依曼瓶颈)尤其严重，因为要处理大量数据，并且要使用大量存储器。虽然互补金属氧化物半导体(CMOS)加速器通过并行化实现了更快的性能，但并行内核间负载的不均匀分布以及当前架构的同步特性不可避免地会导致速度变慢。结合互补金属氧化物半导体扩展的可能结束，需要开发新的和替代的大规模、快速和低功耗解决方案。

发明内容

本发明总体上涉及使用纳米机电系统(NEMS)振荡器网络执行计算的方法和系统。更具体地说，本发明的实施例涉及这种网络的结构和用于针对特定任务训练它们的方法。

一个或多个计算机的系统可以被配置为通过在系统上安装软件、固件、硬件或它们的组合(在操作中导致系统执行这些动作)来执行特定的操作或动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，这些指令在被数据处理设备执行时使得该设备执行这些动作。一个一般方面包括一种纳米机电系统(NEMS)振荡器网络，包括：一个或多个网络输入，其中一个或多个网络输入被配置为接收一个或多个输入信号。纳米机电系统还包括耦合到一个或多个网络输入的多个NEMS振荡器，其中多个NEMS振荡器中的每个NEMS振荡器产生以特定频率和特定相位振荡的射频(RF)输出信号。纳米机电系统还包括将多个NEMS振荡器互连的多个连接，使得多个NEMS振荡器中的每个NEMS振荡器通过多个连接中的至少一个连接连接到多个NEMS振荡器中的至少一个其他NEMS振荡器。纳米机电系统还包括一个或多个网络输出，一个或多个网络输出耦合到多个NEMS振荡器，其中一个或多个网络输出被配置为输出一个或多个输出信号。该方面的其他实施例包括记录在一个或多个计算机存储设备上的相应计算机系统、装置和计算机程序，每个都被配置为执行方法的动作。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。NEMS振荡器网络，其中多个NEMS振荡器的每个NEMS振荡器包括NEMS谐振器。NEMS振荡器网络，其中多个NEMS振荡器的每个NEMS振荡器包括NEMS谐振器的输出和NEMS谐振器的输入之间的反馈路径。NEMS振荡器网络，其中多个连接的每个连接包括多个耦合权重的耦合权重，耦合权重导致通过连接的RF输出信号的幅度变化。NEMS振荡器网络，其中多个耦合权重的每个耦合权重还引起通过连接的RF输出信号的相位变化。NEMS振荡器网络，其中在多个NEMS振荡器的每个NEMS振荡器产生的RF输出信号通过多个连接中的至少一个连接被发送。NEMS振荡器网络，其中NEMS振荡器网络由训练过程训练，训练过程：在一个或多个网络输入提供一个或多个输入信号。NEMS振荡器网络还可以包括在一个或多个网络输出处读取一个或多个输出信号。NEMS振荡器网络还可以包括在一个或多个输出信号和一个或多个参考输出信号之间执行比较。NEMS振荡器网络还可以包括基于比较修改NEMS振荡器网络。所描述的技术的实施方式可以包括硬件、方法或过程，或者计算机可访问介质上的计算机软件。