[发明专利]硅基光子集成芯片

说明书

本发明提供一种硅基光子集成芯片，硅基光子集成芯片包括：输入矢量编码模块、并行光学矢量‑矢量乘法模块、数模转换器和模数转换器，其中，输入矢量编码模块的输出端与并行光学矢量‑矢量乘法模块的输入端连接，输入矢量编码模块的输入端用于接收光信号，输入矢量编码模块的输出端用于将与待计算矩阵对应的矩阵编码输入至并行光学矢量‑矢量乘法模块的输入端，矩阵编码通过数模转换器对光信号进行调制而得到；并行光学矢量‑矢量乘法模块的输出端与模数转换器连接，模数转换器用于采集经并行光学矢量‑矢量乘法模块处理后的电压信号。通过本发明可以降低矩阵编码的复杂度，提升信息处理效率。

技术领域

本发明涉及集成芯片技术领域，尤其涉及一种硅基光子集成芯片。

背景技术

神经网络、图像处理、时间序列数据处理、储备池计算等应用场景涉及大量矩阵线性计算问题。相比通用电子芯片，专用的光子处理器可以用更低的延迟与能耗完成相同的计算量。片上集成光学矩阵矢量乘法器就是面向这类问题的一种解决方案。线性变换的过程以光速传输、并行处理，且目前可实现的片上光电探测器的带宽可达到GHz量级，这些特点将显著降低系统的总延迟。除系统中主动调制消耗的电能和输入光源的功耗，片上集成光学矩阵矢量乘法器不需要消耗其它额外能量，就可以被动地完成所有线性模拟计算过程，使得该类光学矩阵矢量乘法器具有较高的能量效率。

然而，在一定的芯片尺寸下，片上集成光学矩阵矢量乘法器信息处理容量的提升还存在一定的限制。另外，片上集成光学矩阵矢量乘法器输出结果的探测与采集是完成计算任务的一个关键步骤。由于组成光电探测器材料的晶格缺陷和热噪声的影响，会导致光电探测器产生暗电流。另一方面，激光器光源具有本征的相对强度噪声。因此，直接将光信号处理的结果输入到单个光电探测器中，将会降低信噪比以及对微弱信号探测的灵敏度，并且在光学模拟信号处理过程中，一般很难通过光学手段直接获取负值信息。

发明内容

本发明提供一种硅基光子集成芯片，可以解决负值矩阵元素的可调谐性，并且降低矩阵编码的复杂度，进而提升信息处理效率。

本发明提供一种硅基光子集成芯片，所述硅基光子集成芯片包括：输入矢量编码模块、并行光学矢量-矢量乘法模块、数模转换器和模数转换器，其中，所述输入矢量编码模块的输出端与所述并行光学矢量-矢量乘法模块的输入端连接，其中，所述输入矢量编码模块的输入端用于接收光信号，所述输入矢量编码模块的输出端用于将与待计算矩阵对应的矩阵编码输入至所述并行光学矢量-矢量乘法模块的输入端，所述矩阵编码通过所述数模转换器对所述光信号进行调制而得到；所述并行光学矢量-矢量乘法模块的输出端与所述模数转换器连接，所述模数转换器用于采集经所述并行光学矢量-矢量乘法模块处理后的电压信号，其中，所述电压信号与所述待计算矩阵的乘法计算结果相对应。

根据本发明提供的一种硅基光子集成芯片，所述输入矢量编码模块沿所述输入矢量编码模块的输入端至所述输入矢量编码模块的输出端依次包括：多个波长通道、强度调制器阵列，以及耦合器阵列，其中，所述波长通道的输入端作为所述输入矢量编码模块的输入端，所述波长通道的输出端与所述强度调制器阵列的输入端连接，所述强度调制器阵列的输出端与所述耦合器阵列的输入端连接，所述耦合器阵列的输出端作为所述输入矢量编码模块的输出端。

根据本发明提供的一种硅基光子集成芯片，所述耦合器阵列由串联连接的多个定向耦合器构成。

根据本发明提供的一种硅基光子集成芯片，所述并行光学矢量-矢量乘法模块包括多个并行设置的光学矢量-矢量乘法单元，其中，所述光学矢量-矢量乘法单元的输入端作为所述并行光学矢量-矢量乘法模块的输入端，所述光学矢量-矢量乘法单元的输出端作为所述并行光学矢量-矢量乘法模块的输出端。