CN110456454B - 光子人工智能芯片互联装置及片间互联光子人工智能芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光子人工智能芯片互联装置、片间互联光子人工智能芯片及片间互联系统，装置包括：用于与光子人工智能芯片的多个传输端口一一对应相连的并行传输线路；传输端口用于传输光信号；设置在预设数量个并行传输线路上、用于对并行传输线路所传输的光信号进行延时的延时单元；与每个并行传输线路相连、用于传输光信号的串行传输线路。本申请公开的技术方案，利用并行传输线路、延时单元以及串行传输线路实现光子人工智能芯片所传输的光信号在并行形式和串行形式之间的相互转换，以尽量避免光子人工智能芯片因采用并行接口实现片间互联而引起的失步问题，从而提高光子人工智能芯片的片间互联效果和计算性能，并降低片间互联布线的复杂度。

Description

光子人工智能芯片互联装置及片间互联光子人工智能芯片
技术领域
本发明涉及光电子器件技术领域，更具体地说，涉及一种光子人工智能芯片互联装置、片间互联光子人工智能芯片及片间互联系统。
背景技术
在光子人工智能芯片的计算中，当单核芯片的性能不足时，常需要多颗光子人工智能芯片共同完成计算任务，这就涉及到多个光子人工智能芯片之间的数据传输(即片间数据的传输)，也即涉及到多个光子人工智能芯片之间的相互连接(简称片间互联)，其中，每个光子人工智能芯片在与其他光子智能芯片相连时均包含有多条独立传输的光路，以便提高光子人工智能芯片的计算能力。
目前，光子人工智能芯片多通过并行接口(Parallel Interface，简称并口)进行光路的传输并实现片间互联，例如：对于两个光子人工智能芯片而言，用于发射光信号的光子人工智能芯片可能同时需要输出N(N为大于1的整数)路光信号至用于接收光信号的光子人工智能芯片中，此时，这两个光子人工智能芯片均需要至少N个并行接口来实现片间互联。但是，在采用并行接口进行光通信时，若片间距离比较大，则会因传输距离、光损耗(传输距离越长，光损耗越大)、串扰和噪音等问题而使得光信息的同步变得很困难(即会导致失步问题)，而这则会给光子人工智能芯片的片间互联效果和计算带来一定的影响。另外，采用并行接口进行光通信以实现片间互联的方式还会因传输线路比较多而增大布线的复杂度。
综上所述，如何提高光子人工智能芯片的片间互联效果和计算性能，并降低片间互联布线的复杂度，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种光子人工智能芯片互联装置、片间互联光子人工智能芯片及片间互联系统，以提高光子人工智能芯片的片间互联效果和计算性能，并降低片间互联布线的复杂度。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光子人工智能芯片互联装置，包括：
用于与光子人工智能芯片的多个传输端口一一对应相连的并行传输线路；其中，所述传输端口用于传输光信号；
设置在预设数量个所述并行传输线路上、用于对所述并行传输线路所传输的光信号进行延时的延时单元；
与每个所述并行传输线路相连、用于传输所述光信号的串行传输线路。
优选的，所述延时单元为微环谐振腔。
优选的，所述延时单元为多个相串联或相并联的所述微环谐振腔。
优选的，所述微环谐振腔为可调谐的微环谐振腔或固定延时的微环谐振腔。
优选的，所述可调谐的微环谐振腔包括微环谐振单元、设置在所述微环谐振单元底部的电子芯片。
一种片间互联光子人工智能芯片，包括如上述任一项所述的光子人工智能芯片互联装置、与所述光子人工智能芯片互联装置相连的光子人工智能芯片。
优选的，所述光子人工智能芯片用于发射光信号。
优选的，所述光子人工智能芯片用于接收光信号。
一种片间互联系统，其特征在于，包括如上述任一项所述的光子人工智能芯片互联装置、用于发射光信号且与所述光子人工智能芯片互联装置相连的第一光子人工智能芯片、用于接收光信号且与所述光子人工智能芯片互联装置相连的第二光子人工智能芯片，其中：
所述第一光子人工智能芯片、所述第二光子人工智能芯片通过光传输介质相连，所述光传输介质为硅波导或光纤。
优选的，包括多个所述第一光子人工智能芯片或多个所述第二光子人工智能芯片。
本发明提供了一种光子人工智能芯片互联装置、片间互联光子人工智能芯片及片间互联系统，其中，该互联装置包括：用于与光子人工智能芯片的多个传输端口一一对应相连的并行传输线路；其中，传输端口用于传输光信号；设置在预设数量个并行传输线路上、用于对并行传输线路所传输的光信号进行延时的延时单元；与每个并行传输线路相连、用于传输光信号的串行传输线路。
本申请公开的技术方案，利用光子人工智能芯片互联装置中的并行传输线路、延时单元以及串行传输线路实现光子人工智能芯片所传输的光信号在并行形式和串行形式之间的相互转换，以尽量避免光子人工智能芯片因采用并行接口实现片间互联而引起的失步问题，从而提高光子人工智能芯片的片间互联效果和计算性能。另外，由于光子人工智能芯片在采用光子人工智能芯片互联装置实现片间互联时仅需要通过串行传输线路进行连接即可，因此，则可以降低片间互联布线的复杂度，简化布线设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片互联装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的微环谐振腔的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第一种片间互联系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第二种片间互联系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第三种片间互联系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片互联装置的结构示意图，可以包括：
用于与光子人工智能芯片的多个传输端口一一对应相连的并行传输线路10；其中，传输端口用于传输光信号；
设置在预设数量个并行传输线路10上、用于对并行传输线路10所传输的光信号进行延时的延时单元11；
与每个并行传输线路10相连、用于传输光信号的串行传输线路12。
光子人工智能芯片互联装置可以包括并行传输线路10、串行传输线路12、设置在预设数量个并行传输线路10上的延时单元11，其中，预设数量为大于等于0且小于等于并行传输线路10的个数的整数。需要说明的是，图1是以光子人工智能芯片互联装置包含三个并行传输线路10，且两个并行传输线路10上设置有延时单元11为例进行说明的。
并行传输线路10用于与光子人工智能芯片的多个传输端口(传输端口用于传输光信号，其中，该光信号具体可以是电信号经过电光调制转换而来的光信号，也可以是通过其他方式而来的光信号)一一对应相连；延时单元11用于对相对应的并行传输线路10(即延时单元11自身所在的并行传输线路10)上所传输的光信号进行延时；串行传输线路12只包含一路，且该路串行传输线路12分别与每个并行传输线路10相连，其用于光信号的传输。
当将该光子人工智能芯片互联装置与用于发射光信号的光子人工智能芯片相连(其中，并行传输线路10与光子人工智能芯片的多个传输端口一一对应相连)时，则光子人工智能芯片互联装置中所设置的多个并行传输线路10用于接收上述光子人工智能芯片所发送的光信号，并在延时单元11的作用下使多个并行传输线路10上所传输的光信号在时间上区别开来，以使得多个并行传输线路10上所传输的光信号形成差分光信号数据流而传输到串行传输线路12上，然后，串行传输线路12则可以将该差分光信号数据流传输出去。也就是说，在将光子人工智能芯片互联装置与用于发射光信号的光子人工智能芯片相连时，其所起到的作用即为将并行形式的光信号转换为串行形式的光信号(具体为差分光信号数据流的形式)并传输出去。
当将该光子人工智能芯片互联装置与用于接收光信号的光子人工智能芯片相连(其中，并行传输线路10与光子人工智能芯片的多个传输端口一一对应相连)时，则光子人工智能芯片互联装置中所设置的串行传输线路12则用于接收从其他光子人工智能芯片所传输过来的光信号(该光信号具体可以为差分光信号数据流的形式)，然后，通过与串行传输线路12相连的多个并行传输线路10将从串行传输线路12所接收到的光信号转换为并行形式的光信号。也就是说，在将光子人工智能芯片互联装置与用于接收光信号的光子人工智能芯片相连时，其所起到的作用即为将串行形式的光信号转换为并行形式的光信号。其中，由于串行传输线路12所接收到的光信号是按照时间顺序排列的，且由于部分并行传输线路10上设置有延时单元11，则多个并行传输线路10上并不会同时接收到光信号，此时，光子人工智能芯片则可以通过采集多个并行传输线路10上相重叠部分的光信号或者通过间隔采样的方式来实现光信号的同步接收，以提高光子人工智能芯片在片间互联时的计算性能。
结合上述可知，光子人工智能芯片互联装置在用于发射光信号的光子人工智能芯片中起到并行数据转换为串行数据的作用，在用于接收光信号的光子人工智能芯片中起到串行数据转换为并行数据的作用，则使得两个用于实现片间互联的光子人工智能芯片之间仅需要一个传输线路(该传输线路分别与位于两端的光子人工智能芯片互联装置中的串行传输线路12相连)即可，因此，相对于采用并形接口进行片间互联的方式而言，通过光子人工智能芯片互联装置进行片间互联的方式可以大大减少传输线路的使用数量，从而则可以降低光损耗，减少串扰和噪音等对光信号传输的影响，进而可以较为容易地实现光信号的同步，继而可以提高光子人工智能芯片的片间互联效果和计算性能。而且由于通过光子人工智能芯片互联装置进行片间互联时可以减少传输线路的使用数量，因此，则可以降低布线的复杂程度，简化布线设计，降低片间互联的封装面积和封装成本，提高光子人工智能芯片片间互联效果。另外，通过光子人工智能芯片互联装置还可以降低IO(Interface，接口)的数量，因此，可以有效地缓解IO数量紧张的问题。
本申请公开的技术方案，利用光子人工智能芯片互联装置中的并行传输线路、延时单元以及串行传输线路实现光子人工智能芯片所传输的光信号在并行形式和串行形式之间的相互转换，以尽量避免光子人工智能芯片因采用并行接口实现片间互联而引起的失步问题，从而提高光子人工智能芯片的片间互联效果和计算性能。另外，由于光子人工智能芯片在采用光子人工智能芯片互联装置实现片间互联时仅需要通过串行传输线路进行连接即可，因此，则可以降低片间互联布线的复杂度，简化布线设计。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的微环谐振腔的结构示意图。本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片互联装置，延时单元11可以为微环谐振腔。
并行传输线路10上所设置的延时单元11具体可以为微环谐振腔，其利用对光波的谐振效应，可使光波在环形腔内往返多次传输，从而对光波产生一定的延时。
当然，也可以通过光子晶体、布拉格光栅等作为延时单元11来对光信号起到延时的作用。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片互联装置，延时单元11可以为多个相串联或相并联的微环谐振腔。
在光子人工智能芯片互联装置中，延时单元11具体可以为多个相串联或相并联的微环谐振腔，以对光信号起到较好的延时作用。
当然，也可以仅采用一个微环谐振腔作为延时单元11来对光信号起到延时的作用。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片互联装置，微环谐振腔可以为可调谐的微环谐振腔或固定延时的微环谐振腔。
当采用微环谐振腔作为延时单元11来对光信号起到延时作用时，微环谐振腔具体可以为可调谐的微环谐振腔或固定延时的微环谐振腔。
其中，可调谐的微环谐振腔的延时参数可以随机进行调整，以便适应光子人工智能芯片互联装置对延时时间的需求；固定延时的微环谐振腔的延时参数为预先根据光子人工智能芯片互联装置对延时时间的需求而设定好的，其在使用过程中不会随着外界因素的影响而发生变化，结构比较简单，而且成本比较低。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片互联装置，可调谐的微环谐振腔可以包括微环谐振单元、设置在微环谐振单元底部的电子芯片。
可调谐的微环谐振腔可以包括微环谐振单元、设置在微环谐振单元底部的电子芯片。当然，也可以根据实际需要而将电子芯片设置在微环谐振单元的其他位置处。
其中，电子芯片可以对微环谐振单元的延时参数进行调整，以使得其可以适应光子人工智能芯片互联装置对延时时间的需求，从而提高光子人工智能芯片互联装置的传输性能，进而提高片间互联的效果。
本发明实施例还提供了一种片间互联光子人工智能芯片，可以包括上述任一种光子人工智能芯片互联装置、与光子人工智能芯片互联装置相连的光子人工智能芯片。
可以使上述任一种光子人工智能芯片互联装置与光子人工智能芯片相连，以形成片间互联光子人工智能芯片。其中，光子人工智能芯片互联装置可以在光子人工芯片的外部与光子人工智能芯片相连，以形成外挂式结构，当然，光子人工智能芯片互联装置也可以集成在光子人工芯片的内部而与光子人工智能芯片相连，以形成内置式结构。
由于通过光子人工智能芯片互联装置可以实现并行数据到串行数据的转换以及串行数据到并行数据的转换，因此，在将其与光子人工智能芯片相连，以形成片间互联光子人工智能芯片而进行片间互联时，则可以降低传输光路的数量，从而则可以降低光损耗，减少串扰和噪音等对光信号传输的影响，进而可以较为容易地实现光信号的同步，继而可以提高片间互联光子人工智能芯片的片间互联效果和计算性能。另外，由于可以降低传输光路的数量，因此，则可以降低布线的复杂程度，简化布线设计，降低片间互联的封装面积和封装成本，另外，还可以降低IO的数量，以有效地缓解IO数量紧张的问题。
本发明实施例提供的一种片间互联光子人工智能芯片，光子人工智能芯片用于发射光信号。
在片间互联光子人工智能芯片中，与光子人工智能芯片互联装置相连的光子人工智能芯片具体可以用于发射光信号，即该光子人工智能芯片具体可以作为发射终端使用，此时，与其相连的光子人工智能芯片互联装置则用于将并行数据转换为串行数据而传输出去，其中，串行数据具体以差分光信号数据流的形式存在。
本发明实施例提供的一种片间互联光子人工智能芯片，光子人工智能芯片用于接收光信号。
在片间互联光子人工智能芯片中，与光子人工智能芯片互联装置相连的光子人工智能芯片也可以用于发射光信号，即该光子人工智能芯片具体可以作为接收终端使用，此时，与其相连的光子人工智能芯片互联装置则用于接收串行数据，并用于将串行数据转换为并行数据而传输至光子人工智能芯片的内部。
本发明实施例提供的一种片间互联光子人工智能芯片中相关部分的说明可以参见本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片互联装置中对应部分的详细说明，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种片间互联系统，参见图3，其示出了本发明实施例提供的第一种片间互联系统的结构示意图，可以包括上述任一种光子人工智能芯片互联装置、用于发射光信号且与光子人工智能芯片互联装置相连的第一光子人工智能芯片20、用于接收光信号且与光子人工智能芯片互联装置相连的第二光子人工智能芯片21，其中：
第一光子人工智能芯片20、第二光子人工智能芯片21通过光传输介质相连，光传输介质可以为硅波导或光纤。
片间互联系统可以包括与光子人工智能芯片互联装置相连的第一光子人工智能芯片20、与光子人工智能芯片互联装置相连的第二光子人工智能芯片21，其中，第一光子人工智能芯片20用于发射光信号，第二光子人工智能芯片21用于接收光信号，而且光子人工智能芯片互联装置可以分别外置在第一光子人工智能芯片20的外部和第二光子人工智能芯片21的外部，或者光子人工智能芯片互联装置可以分别集成在第一光子人工智能芯片20中和第二光子人工智能芯片21中。
第一光子人工智能芯片20、第二光子人工智能芯片21可以通过光传输介质(具体可以为硅波导或光纤)相连。具体地，光传输介质分别与第一光子人工智能芯片20所对应的光子人工智能芯片互联装置中的串行传输线路、第二光子人工智能芯片21所对应的光子人工智能芯片互联装置中的串行传输线路相连，以实现片间互联，其对应的光信号传输过程为：第一光子人工智能芯片20通过对应的光子人工智能芯片互联装置将光信号用差分的方式合并在一起，然后，通过光传输介质传输给第二光子人工智能芯片21对应的光子人工智能芯片互联装置，与第二光子人工智能芯片21对应的光子人工智能芯片互联装置在接收到以差分的方式合并在一起的光信号之后，将其转换为并行数据流，以实现第一光子人工智能芯片20与第二光子人工智能芯片21之间的信息交互。
由于通过光子人工智能芯片互联装置可以仅需要一个传输线路即可实现两个光子人工智能芯片的连接，因此，则可以降低传输线路的使用数量，从而可以较为容易地实现光信号的同步，进而可以提高光子人工智能芯片的片间互联效果和计算性能，而且可以降低布线的复杂程度，简化布线设计，降低片间互联的封装面积和封装成本。另外，还可以降低IO的数量，以有效地缓解IO数量紧张的问题。
本发明实施例提供的一种片间互联系统，可以包括多个第一光子人工智能芯片20或多个第二光子人工智能芯片21。
片间互联系统可以包括多个第一光子人工智能芯片20和一个第二光子人工智能芯片21，具体可以参见图4，其示出了本发明实施例提供的第二种片间互联系统的结构示意图，多个第一光子人工智能芯片20与一个第二光子人工智能芯片21进行通信，其中，每个第一光子人工智能芯片20均存在有与之一一对应相连的光子人工智能芯片互联装置，第二光子人工智能芯片21也存在有与之对应相连的光子人工智能芯片互联装置，其对应的数据传输过程为：首先，多个第一光子人工智能芯片20均通过相对应的光子人工智能芯片互联装置将光信号用差分的方式合并在一起，然后，分别通过与光子人工智能芯片互联装置相连的光传输介质将光信号传输给第二光子人工智能芯片21对应的光子人工智能芯片互联装置，并通过该光子人工智能芯片互联装置将所接收到光信号转换为并行数据流，以实现多个第一光子人工智能芯片20和一个第二光子人工智能芯片21之间的信息交互。
片间互联系统也可以包括一个第一光子人工智能芯片20和多个第二光子人工智能芯片21，具体可以参见图5，其示出了本发明实施例提供的第三种片间互联系统的结构示意图，一个第一光子人工智能芯片20与多个第二光子人工智能芯片21进行通信，其中，每个第二光子人工智能芯片21均存在有与之一一对应相连的光子人工智能芯片互联装置，第一光子人工智能芯片20也存在有与之对应相连的光子人工智能芯片互联装置，其传输过程与上述传输过程类似，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本发明实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种光子人工智能芯片互联装置，其特征在于，包括：
用于与光子人工智能芯片的多个传输端口一一对应相连的并行传输线路；其中，所述传输端口用于传输光信号；
设置在预设数量个所述并行传输线路上、用于对所述并行传输线路所传输的光信号进行延时的延时单元；其中，所述延时单元用于使多个所述并行传输线路上所传输的光信号在时间上区分开来，以使得多个所述并行传输线路上所传输的光信号形成差分光信号数据流；
与每个所述并行传输线路相连、用于传输所述光信号的串行传输线路；
所述延时单元为微环谐振腔，所述延时单元为多个相串联或相并联的所述微环谐振腔。
2.根据权利要求1所述的光子人工智能芯片互联装置，其特征在于，所述微环谐振腔为可调谐的微环谐振腔或固定延时的微环谐振腔。
3.根据权利要求2所述的光子人工智能芯片互联装置，其特征在于，所述可调谐的微环谐振腔包括微环谐振单元、设置在所述微环谐振单元底部的电子芯片。
4.一种片间互联光子人工智能芯片，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的光子人工智能芯片互联装置、与所述光子人工智能芯片互联装置相连的光子人工智能芯片。
5.根据权利要求4所述的片间互联光子人工智能芯片，其特征在于，所述光子人工智能芯片用于发射光信号。
6.根据权利要求4所述的片间互联光子人工智能芯片，其特征在于，所述光子人工智能芯片用于接收光信号。
7.一种片间互联系统，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的光子人工智能芯片互联装置、用于发射光信号且与所述光子人工智能芯片互联装置相连的第一光子人工智能芯片、用于接收光信号且与所述光子人工智能芯片互联装置相连的第二光子人工智能芯片，其中：
所述第一光子人工智能芯片、所述第二光子人工智能芯片通过光传输介质相连，所述光传输介质为硅波导或光纤。
8.根据权利要求7所述的片间互联系统，其特征在于，包括多个所述第一光子人工智能芯片或多个所述第二光子人工智能芯片。
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