CN110488412A - 一种光子人工智能芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光子人工智能芯片，包括：用于将电信号转换为光信号的调制器；与调制器相连、用于将光信号分成多束子光信号的光学分束器；与光学分束器相连且与子光信号一一对应、用于传输子光信号的光传输介质，其中，光传输介质为硅波导或光纤；用于接收子光信号并对子光信号进行计算的计算模块。本申请公开的上述技术方案，利用光学分束器将调制器所出射的光信号分成多束子光信号，以使得每个调制器可以负责多路光路的传输，从而增大光子人工智能芯片内所包含的传输光路的数量，以提高光子人工智能芯片并行计算的能力，同时减少调制器的使用数量，以降低光子人工智能芯片的面积和pin脚的数量，从而降低光子人工智能芯片封装和测试的难度。

Description

一种光子人工智能芯片
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。
背景技术
光子人工智能芯片是指采用硅基光子集成技术，让光提供算力，为人工智能应用提供高性能的硬件支持，其主要用于处理人工智能算法，而人工智能算法与传统计算模式最大的区别就是不需要大规模的逻辑编辑，但需要海量的并行计算。为了实现海量并行计算，以提高光子人工智能芯片的计算能力，则需要使光子人工智能芯片内部有若干条独立传输的光路。
目前，常通过增加调制器数量的方式来提高光子人工智能芯片的并行计算能力，其中，每个调制器负责一路光路传输(即调制器的数量与传输光路的数量相等)，其用于将携带有信息的电子信号转换为携带有信息的光信号，然后，通过硅波导将光信号传输至由特定光学器件(包含但不限于马赫德尔干涉仪)组成的计算模块中以进行计算。但是，由于调制器具有一定的面积，且由于每个调制器均具有较多独立的pin脚，因此，调制器数量的增多会导致光子人工智能芯片面积和pin脚数量的增多，而pin脚数量的增多及光子人工智能芯片面积的增大会加大光子人工智能芯片封装和测试的难度，而这就在一定程度上限制了光子人工智能芯片计算能力的进一步提高。
综上所述，如何降低调制器的使用数量，并提高光子人工智能芯片的计算能力，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，以降低调制器的使用数量，并提高光子人工智能芯片的计算能力。
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，包括：
用于将电信号转换为光信号的调制器；
与所述调制器相连、用于将所述光信号分成多束子光信号的光学分束器；
与所述光学分束器相连且与所述子光信号一一对应、用于传输所述子光信号的光传输介质，其中，所述光传输介质为硅波导或光纤；
用于接收所述子光信号并对所述子光信号进行计算的计算模块。
优选的，所述计算模块包括与所述光传输介质一一对应相连的计算单元。
优选的，所述光学分束器用于将所述光信号分成能量相等的多束所述子光信号。
优选的，在利用所述光学分束器将所述光信号分成多束所述子光信号后，各所述子光信号同时到达所述计算模块。
优选的，各所述光传输介质从所述光学分束器到所述计算模块的线路长度均相同。
优选的，预设数量个所述光传输介质上设置有用于对所述子光信号进行延时的微环谐振腔，其中，所述预设数量大于等于1。
优选的，所述预设数量等于所述光传输介质的数量。
优选的，所述预设数量小于所述光传输介质的数量。
优选的，所述预设数量个所述光传输介质上均设置有多个相串联或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。
本发明提供了一种光子人工智能芯片，包括：用于将电信号转换为光信号的调制器；与调制器相连、用于将光信号分成多束子光信号的光学分束器；与光学分束器相连且与子光信号一一对应、用于传输子光信号的光传输介质，其中，光传输介质为硅波导或光纤；用于接收子光信号并对子光信号进行计算的计算模块。
本申请公开的上述技术方案，利用光学分束器将调制器所出射的光信号分成多束子光信号，以使得每个调制器可以负责多路光路的传输，从而增大光子人工智能芯片内所包含的传输光路的数量，以提高光子人工智能芯片并行计算的能力，同时可以减少调制器的使用数量，以降低光子人工智能芯片的面积和pin脚的数量，从而降低光子人工智能芯片封装和测试的难度。
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的内部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的子光信号在微环谐振腔内的传输示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种光子人工智能芯片的内部结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种光子人工智能芯片的内部结构示意图。
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的内部结构示意图，可以包括：
用于将电信号转换为光信号的调制器1；
与调制器1相连、用于将光信号分成多束子光信号的光学分束器；
与光学分束器相连且与子光信号一一对应、用于传输子光信号的光传输介质2，其中，光传输介质2可以为硅波导或光纤；
用于接收子光信号并对子光信号进行计算的计算模块3。
本申请所提供的光子人工智能芯片可以包括调制器1、与调制器1相连的光学分束器、与光学分束器相连的光传输介质2、与光传输介质2相连的计算模块3，其中，光传输介质2具体可以为硅波导或者光纤。
在光子人工智能芯片进行计算时，调制器1用于接收携带有待计算信息的电信号，并用于将所接收到的携带有待计算信息的电信号转换为携带有待计算信息的光信号。光学分束器用于将调制器1转换成的光信号分成多束子光信号，具体可以用n表示子光信号的束数，其中，n为大于1的整数，相应地，为了实现这多束子光信号的独立传输，则每个调制器1所对应的光传输介质2的数量与子光信号的束数相等(即每个调制器1对应有n个光传输介质2，以形成n条独立传输的光路)，其中，n个光传输介质2与n束子光信号一一对应，其分别用于从光学分束器那里接收与之对应的子光信号，并将与之对应的子光信号传输到与之相连的计算模块3，计算模块3则用于从光传输介质2那里接收子光信号，并对接收到的子光信号进行计算。
也就是说，通过光学分束器将每个调制器1所输出的光信号一分为多(形成广播结构)，以使得每个调制器1可以同时负责多路光路的传输，从而提高光路传输的并行度，进而提高光子人工智能芯片的计算能力。另外，由于通过光学分束器使得每个调制器1同时负责多路光路的传输，则使得光子人工智能芯片内所包含的传输光路的数量远大于调制器1的数量，即可以在提高光子人工智能芯片计算能力的同时减少调制器1的使用数量，从而可以减少高计算能力的光子人工智能芯片的面积和pin脚数量，进而可以降低光子人工智能芯片封装和测试的难度。
本申请公开的上述技术方案，利用光学分束器将调制器所出射的光信号分成多束子光信号，以使得每个调制器可以负责多路光路的传输，从而增大光子人工智能芯片内所包含的传输光路的数量，以提高人工智能芯片并行计算的能力，同时可以减少调制器的使用数量，以降低光子人工智能芯片的面积和pin脚的数量，从而降低光子人工智能芯片封装和测试的难度。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，计算模块3可以包括与光传输介质2一一对应相连的计算单元31。
在光子人工智能芯片中，计算模块3可以包括与光传输介质2一一对应且与光传输介质2对应相连的计算单元31，即计算模块3中可以包含有n个计算单元31，并且每个计算单元31对应连接一个光传输介质2，以通过计算单元31分别对对应的光传输介质2传输过来的子光信号进行计算，从而提高光子人工智能芯片的计算效率。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，光学分束器用于将光信号分成能量相等的多束子光信号。
光学分束器可以将从调制器1接收到的光信号分成能量相等的多束子光信号，以减小计算单元31之间因所接收的数据量不同而引起的计算时间差异，从而提高光子人工智能芯片的计算性能。
当然，光学分束器也可以将光信号分成能量不等的多个子光信号，或者将光信号分成既有能量相等又有能量不等的多个子光信号，本申请对此不做任何限定。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，在利用光学分束器将光信号分成多束子光信号后，各子光信号同时到达计算模块3。
在光子人工智能芯片中，在利用光学分束器将光信号分成多束子光信号之后，所得到的各子光信号可以同时到达计算模块3，以使得计算模块3可以同时对各子光信号进行计算，即保证n个传输光路的数据信息同步(即使得n个传输光路之间的数据可以严格保持同步)，以降低对后续计算处理的影响，从而使得光子人工智能芯片可以有效、可靠地进行工作。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，各光传输介质2从光学分束器到计算模块3的线路长度相同。
具体可以使各光传输介质2的线路长度相同，以使得各子光信号可以同时到达计算模块3，从而保证数据信息的同步。其中，这里所提及的光传输介质2的线路长度具体指的是光传输介质2从光学分束器到计算模块3的布线长度。
通过布线(即使各光传输介质2的线路长度相同)实现数据信息同步的方式的可靠性比较高，而且子光信号在传输过程中的损耗比较低。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的子光信号在微环谐振腔内的传输示意图。本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，预设数量个光传输介质2上设置有用于对子光信号进行延时的微环谐振腔4，其中，预设数量大于等于1。
除了通过使各光传输介质2的线路长度相同，以使得各子光信号可以同时到达计算模块3之外，还可以通过如下方式使得各子光信号可以同时到达计算模块3：
可以在预设数量(预设数量大于等于1)个光传输介质2上设置微环谐振腔4，具体在线路长度小于其他光传输介质的线路长度的光传输介质2上设置微环谐振腔4(即在子光信号在光传输介质中的传输时间短于在其他光传输介质中的传输时间的光传输介质2中设置微环谐振腔4)，以利用微环谐振腔4对对应光传输介质2中的子光信号起到延时的作用，从而使得设置有微环谐振腔4的光传输介质2中的子光信号可以与没有设置微环谐振腔4的光传输介质2中的子光信号可以同时到达计算模块3。
通过在某些光传输介质2上设置微环谐振腔4，以使得这n束子光信号保持同步的方式可以降低因完全通过布线方式实现同步而增加的面积，且可以降低布线的复杂程度。
参见图3，其示出了本发明实施例提供的另一种光子人工智能芯片的内部结构示意图。本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，预设数量等于光传输介质2的数量。
预设数量可以等于光传输介质2的数量，即可以在n个光传输介质2上均设置微环谐振腔4，以通过各光传输介质2上的微环谐振腔4分别对对应光传输介质2上的子光信号进行延时，从而使得各子光信号可以同时到达计算模块3。
通过在n个光传输介质2上设置微环谐振腔4可以使得n个光传输介质2的线路长度并不相同(当然，n个光传输介质2的线路长度可以各不相同，也可以存在一部分相同，而另一部分不相同的情况等)，这就使得在部署光传输介质2时可以结合光子人工智能芯片的内部结构进行布线，从而可以尽量避免光传输介质2之间出现相互交叉的现象，因此，则可以降低布线的复杂程度，并可以尽量避免因布线而使得光子人工智能芯片面积增大的情况出现，因此，则可以降低光子人工智能芯片的面积，进而可以降低光子人工智能芯片封装和测试的难度。
参见图4，其示出了本发明实施例提供的另一种光子人工智能芯片的内部结构示意图。本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，预设数量小于光传输介质2的数量。
预设数量可以在大于等于1的同时小于光传输介质2的数量(即预设数量可以大于等于1而小于n)，即可以使得一部分光传输介质2的线路长度相同(这一部分光传输介质2上并不设置微环谐振腔4)，而在光传输介质线路长度与上述光传输介质线路长度不同且其线路长度比上述光传输介质线路长度小的光传输介质2上设置微环谐振腔4，以使得这n个光传输介质2中的子光信号可以同时到达计算模块3。
例如：若n个光传输介质2中有m(m小于n)个光传输介质2的线路长度相同，而剩余n-m个光传输介质2的线路长度各不相同，但其线路长度均小于前述m个光传输介质2中的任一光传输介质2的线路长度，则可以在这n-m个光传输介质2上设置微环谐振腔4(即预设数量等于n-m)，其中，所设置的微环谐振腔4不仅需要保证这n-m个光传输介质2上的子光信号可以保持同步，还需要保证这n-m个光传输介质2上的子光信号可以与前述m个光传输介质2上的子光信号保持同步。
这种通过布线长度相同与设置微环谐振腔4相结合来实现数据信息同步的方式既可以降低布线的复杂程度，又可以降低子光信号在传输过程中所出现的损耗。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，预设数量个光传输介质2上均设置有多个相串联或并联的微环谐振腔4。
当在预设数量个光传输介质2上设置微环谐振腔4时，可以根据具体所要延时的时间长度而设置多个相串联或并联的微环谐振腔4，以通过这些微环谐振腔4达到对应的延时控制。
本发明实施例提供的一种光子人工智能芯片，微环谐振腔4可以为可调谐的微环谐振腔或固定延时的微环谐振腔。
光传输介质2上所设置的微环谐振腔4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包括微环谐振腔、设置在微环谐振腔的底部(或者其他位置处)的电子芯片，通过电子芯片可以对可调谐的微环谐振腔的延时参数进行调控(具体可以通过电子芯片进行加热，以改变微环谐振腔内的温度来实现延时参数的调控)，以使得其对应的光传输介质2中的子光信号可以与其他光传输介质2中的子光信号同时到达计算模块3中；固定延时的微环谐振腔的延时时间参数可以预先根据光传输介质2的部署情况进行计算而得到，以使得其对应的光传输介质2中的子光信号可以与其他光传输介质2中的子光信号同时到达计算模块3中，从而实现数据信息的同步，进而使得光子人工智能芯片可以有效、可靠地进行工作。
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 (10)

1.一种光子人工智能芯片，其特征在于，包括：
用于将电信号转换为光信号的调制器；
与所述调制器相连、用于将所述光信号分成多束子光信号的光学分束器；
与所述光学分束器相连且与所述子光信号一一对应、用于传输所述子光信号的光传输介质，其中，所述光传输介质为硅波导或光纤；
用于接收所述子光信号并对所述子光信号进行计算的计算模块。
2.根据权利要求1所述的光子人工智能芯片，其特征在于，所述计算模块包括与所述光传输介质一一对应相连的计算单元。
3.根据权利要求2所述的光子人工智能芯片，其特征在于，所述光学分束器用于将所述光信号分成能量相等的多束所述子光信号。
4.根据权利要求1至3任一项所述的光子人工智能芯片，其特征在于，在利用所述光学分束器将所述光信号分成多束所述子光信号后，各所述子光信号同时到达所述计算模块。
5.根据权利要求4所述的光子人工智能芯片，其特征在于，各所述光传输介质从所述光学分束器到所述计算模块的线路长度均相同。
6.根据权利要求4所述的光子人工智能芯片，其特征在于，预设数量个所述光传输介质上设置有用于对所述子光信号进行延时的微环谐振腔，其中，所述预设数量大于等于1。
7.根据权利要求6所述的光子人工智能芯片，其特征在于，所述预设数量等于所述光传输介质的数量。
8.根据权利要求6所述的光子人工智能芯片，其特征在于，所述预设数量小于所述光传输介质的数量。
9.根据权利要求6所述的光子人工智能芯片，其特征在于，所述预设数量个所述光传输介质上均设置有多个相串联或并联的所述微环谐振腔。
10.根据权利要求9所述的光子人工智能芯片，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。
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Application publication date: 20191122

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