CN114815959A - 一种基于波分复用的光子张量计算加速方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波分复用的光子张量计算加速方法及装置，本发明首先将多波长光信号分为M个各包含O个波长的子光信号并送入M个调制器，M个待处理信号分别通过对应的调制器加载到对应的子光信号上得到M个子调制光信号；子调制光信号送入延时加权微环阵列，控制延时加权微环阵列中M个延时加权微环单元中共M×O个微环的耦合系数分别实现M×O个波长信号幅度加权；幅度加权后的M个子调制光信号送入波束整形器实现二级幅度加权得到N个加权调制多波长光信号，对上述信号完成光电转换即可完成张量计算。本发明将光作为信息载体，基于延时加权微环阵列与波束整形器，可实现信号的张量计算加速，大幅提高神经网络的计算速率及能效比。

Description

一种基于波分复用的光子张量计算加速方法及装置

技术领域

本发明涉及一种面向人工智能的光子张量计算加速方法，和一种光子张量计算加速装置，属于光子计算领域。

背景技术

将多维数据叠加形成一个张量，为发现隐藏在数据中的内在结构特征提供了机会，例如，脑电图数据的多维表征是利用时间、空间以及频谱叠加的张量检测电磁波特征信息，是神经科学数据处理的有效方式。而张量计算则是多维信号处理的数学基础，在张量的基本计算中，卷积计算是提取数据结构特征的有效方法。作为一个缩影，卷积神经网络是在多通道张量处理的概念下设计的，在现代人工智能(AI)中起着基础性作用(参见[CichockiA, Mandic D, De Lathauwer L, et al. Tensor decompositions for signalprocessing applications: From two-way to multiway component analysis. IEEEsignal processing magazine, 2015, 32(2): 145-163.]与[He K, Zhang X, Ren S, etal. Deep residual learning for image recognition,Proceedings of the IEEEconference on computer vision and pattern recognition. 2016: 770-778.])。为了提高计算吞吐量，主流处理器将张量卷积变换为矩阵乘法，以提高计算的并行性，由于目前电子芯片采用将程序空间与数据空间分离的经典计算机结构，这种降维转换会产生重复数据并消耗额外内存，限制计算效率。以光子作为信息载体的光子技术具有大带宽、低损耗以及可并行等特点, 目前已吸引研究人员将光子技术应用在人工智能领域（参见[Shastri BJ, Tait A N, Ferreira de Lima T, et al. Photonics for artificial intelligenceand neuromorphic computing. Nature Photonics, 2021, 15(2): 102-114.]）。将光子技术与传统张量计算模型相结合，有望充分发挥两种技术的优势，突破电域张量计算高功耗、长延时、速度有限的技术发展瓶颈，解决传统电子技术受限的技术问题（参见[Huang C,Fujisawa S, de Lima T F, et al. A silicon photonic–electronic neural networkfor fibre nonlinearity compensation. Nature Electronics, 2021, 4(11): 837-844.]）。首先，光子神经网络采用模拟计算架构，存算同时进行，在提高计算速度的同时能够降低计算时延；其次，基于光传输介质的本质特性，光链路具有低损耗特性，间接可降低系统功耗；最后，光子器件相对电子器件，有效工作带宽增加了几个数量级，更适应神经网络的高速实时计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：克服现有技术不足，利用包含延迟波导的微环谐振器阵列结合波束整形器在光域实现张量信号的张量计算，解决传统电子技术存算分离及数据维度转换造成的算力有限及功耗大问题，且张量核可灵活扩展，适用于多维数据张量计算。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于波分复用的光子张量计算加速方法，首先，将多波长光源输出的多波长光信号经光放大器放大后送入解波分复用器，解波分复用器将多波长光信号分为M个各包含O个波长的子光信号并送入M个调制器，M个待处理信号分别通过对应的调制器分别加载到对应子光信号上得到M个子调制光信号；其中，M个待处理信号由张量[D _data ,S _in ]分解获得，其中D _data 为待处理信号的矩阵大小，S _in 为待处理信号个数，S _in =M；每个待处理信号是一维信号或实际二维信号经平坦化处理后得到的一维信号；M个子调制光信号送入延时加权微环阵列，控制信号基于M组卷积核矩阵系数控制延时加权微环阵列中M个延时加权微环单元中共M×O个微环的耦合系数实现M×O个波长信号幅度加权；幅度加权后的M个子调制光信号送入M×N波束整形器实现二级幅度加权，得到N个包含M×O个波长的加权调制多波长光信号，对N个加权调制多波长光信号分别进行光电转换得到电信号，对电信号分别进行采集与处理即可得到N个张量运算结果。

进一步地，所述幅度加权后的M个子调制光信号送入M×N波束整形器实现二级幅度加权具体为：首先，将输入波束整形器的M个幅度加权后的子调制光信号合为一路复合光信号，然后将该复合光信号分为N路，通过控制波束整形器响应特性，分别实现每路加权调制多波长光信号中M个子调制光信号的幅度调节，实现第二级幅度加权。

优选地，所述多波长光信号中M×O个波长信号幅度相等或不相等，其中M与O为正整数，分别为最大可支持待处理信号个数与每组最大可支持卷积核矩阵系数的个数；所述解波分复用器的通道间隔为O×∆f，其中∆f为多波长光信号中两个波长之间的频率间隔。

进一步地，所述延时加权微环阵列为集成芯片，由M个延时加权微环单元组成，每个延时加权微环单元由1个直通波导、1个耦合波导以及O个微环谐振器组成，其中的O个微环谐振器在直通波导端彼此之间有一段长为∆l=c×∆t/n _w的延迟波导,其中n _w为延迟波导有效折射率，∆t=1/S _M 为待处理信号单个符号持续时间，S _M 为待处理信号符号速率，且待处理信号符号速率最大值取决于调制器带宽。

进一步地，所述控制信号通过控制每个延时加权微环单元中O个微环的耦合系数实现M×O个波长调制信号卷积核矩阵系数加权，具体为：

根据对应的卷积核矩阵系数的大小及多波长光信号中各个波长的初始信号强度确定微环谐振器耦合系数，且通过热光效应或电光效应改变微环谐振器耦合系数，每个延时加权微环单元中O个微环对应一个子光信号。

一种基于波分复用的光子张量计算加速装置，包括：

多波长光源，用于产生包含M×O个波长的多波长光信号；

光放大器，用于对多波长光源产生的多波长光信号进行放大；

待处理信号源，用于将张量[D _data ,S _in ]分解获得M个待处理信号，其中D _data 为待处理信号的矩阵大小，S _in 为待处理信号个数，S _in =M；每个待处理信号是一维信号或实际二维信号经平坦化处理后得到的一维信号；

解波分复用器，用于将多波长光信号分为M个各包含O个波长的子光信号；

调制器阵列，包含M个调制器，用于将待处理信号源产生的M个待处理信号分别加载到对应的M个子光信号上，得到M个子调制光信号；

张量核矩阵控制单元，用于根据张量核系数向延时加权微环阵列及M×N波束整形器分别提供第一控制信号和第二控制信号；其中，张量核系数分解为M组卷积核矩阵系数和多端口响应特性矩阵，M组卷积核矩阵系数对应于第一控制信号，多端口响应特性矩阵对应于第二控制信号。

延时加权微环阵列，用于基于第一控制信号控制延时加权微环阵列中M个延时加权微环单元中共M×O个微环的耦合系数，实现M×O个波长调制信号卷积核系数加权得到M个幅度加权子调制信号；

M×N波束整形器，用于将M个幅度加权子调制光信号合为一路加权调制多波长光信号并分为N路，再基于第二控制信号实现每路加权调制多波长光信号中M个子调制光信号的幅度调节；

探测器阵列，包含N个探测器，用于分别将幅度调节后的N路加权调制多波长光信号转换为N路电信号；

采集处理单元，用于采集探测器阵列输出的N路电信号，并重构为对应原始待处理信号的张量运算结果。

优选地，所述多波长光源为多波长激光器、激光器阵列、锁模激光器、飞秒激光器、光频梳发生器或光孤子光频梳发生器。

优选地，所述多波长光信号中M×O个波长信号幅度相等或不相等，其中M与O为正整数，分别为最大可支持待处理信号个数与每组最大可支持卷积核矩阵系数的个数；所述解波分复用器的通道间隔为O×∆f，其中∆f为多波长光信号中两个波长之间的频率间隔。

进一步地，所述延时加权微环阵列中M×O个微环谐振器的半径依次增加，分别对应一个谐振波长，且半径最大微环谐振器对应的自由光谱范围∆f _FSR应大于多波长光信号所占据的光谱范围M×O×∆f。

进一步地，所述延时加权微环阵列为集成芯片，由M个延时加权微环单元组成，每个延时加权微环单元由1个直通波导、1个耦合波导以及O个微环谐振器组成，其中的O个微环谐振器在直通波导端彼此之间有一段长为∆l=c×∆t/n _w的延迟波导，其中n _w为延迟波导有效折射率，∆t=1/S _M 为待处理信号单个符号持续时间，S _M 为待处理信号符号速率，且待处理信号符号速率最大值取决于调制器带宽。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

1）本发明基于光子可并行得特性，在光域结合波长、时间、空间多个维度实现张量数据的张量计算，可有效避免电域存算分离及多维数据转换引起的计算复杂度增加及功耗问题。

2）本发明基于嵌入级联延迟波导的微环阵列实现数据的卷积核卷积加速计算，方案简单高效，相对基于光纤色散技术，系统紧凑，抗干扰强，且无需色散校准补偿。

3）本发明基于微环阵列实现卷积核矩阵系数的控制，可实现张量计算中卷积核矩阵系数的快速更新，适应于实时数据处理应用。

附图说明

图1为本发明基于波分复用的光子张量计算加速装置结构示意图。

图2为本发明基于波分复用的光子张量计算加速装置一个具体实施例结构示意图。

图3为本发明基于波分复用的光子张量计算加速装置一个具体实施例中延时加权微环单元的结构示意图。

图4为本发明基于波分复用的光子张量计算加速装置一个具体实施例各工作节点的光谱示意图；其中，A为多波长光信号的光谱分布图，B为第一个延时加权微环单元输出信号的光谱分布图，C为第二个延时加权微环单元输出信号的光谱分布图，D为第M个延时加权微环单元输出信号的光谱分布图。

图5为本发明基于波分复用的光子张量计算加速装置一个具体实施例M×N波束整形器一个端口输出光信号的时间序列与波长关系图。

具体实施方式

针对现有技术的不足，本发明的思路是基于二维微环阵列结合波束整形器在光域实现张量数据的张量计算，解决传统电子技术因存算分立及数据维度转换造成的算力有限及大功耗问题，方案中张量系数可灵活调节，信号处理实时高效。

下面将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。

在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本发明的一种基于波分复用的光子张量计算加速装置具体如图1所示，包括：多波长光源、光放大器、解波分复用器、调制器阵列、待处理信号源、张量核矩阵控制单元、延时加权微环阵列、M×N波束整形器、光电探测器阵列、采集处理单元等。其中，解波分复用器包含M个输出端口，调制器阵列包含M个调制器，延时加权微环阵列包含M个延时加权微环单元，M个调制器和M个延时加权微环单元一一对应。

首先，多波长光源输出的包含M×O个波长的多波长光信号经光放大器放大后送入解波分复用器，通过解波分复用器将多波长光信号分为M个各包含O个波长的子光信号并送入包含M个调制器的调制器阵列；待处理信号源输出的M个待处理信号分别通过M个调制器加载到子光信号上得到M个子调制光信号；其中，待处理信号源是将张量[D _data ,S _in ]分解为M个待处理信号,其中D _data 为待处理信号的矩阵大小，S _in 为待处理信号个数，S _in =M，每个待处理信号是一维信号或实际二维信号经平坦化处理后得到的一维信号；M个子调制光信号送入延时加权微环阵列，张量核矩阵控制单元输出的第一控制信号基于M组卷积核矩阵系数控制延时加权微环阵列中M个延时加权微环单元中共M×O个微环的耦合系数实现M×O个波长信号幅度加权；幅度加权后的M个子调制光信号送入M×N波束整形器，张量核矩阵控制单元输出的第二控制信号控制M×N波束整形器实现M个子调制光信号二级幅度加权，得到N个包含M×O个波长的加权调制多波长光信号，对N个加权调制多波长光信号送入包含N个探测器的探测器阵列分别进行光电转换得到电信号，采集与处理单元对电信号分别进行采集与处理从而得到N个张量运算结果。

其中，张量核矩阵控制单元输出的第一控制信号是基于M组卷积核矩阵系数生成的M×O个卷积核矩阵控制信号，卷积核矩阵控制信号通过热光效应或电光效应改变对应的微环谐振器耦合系数，其中每个微环谐振器耦合系数根据卷积核矩阵系数的大小及多波长光信号中各个波长的初始信号强度确定，多波长光信号中M×O个波长信号幅度相等或不相等，其中M与O为正整数，分别为待处理信号个数和每组卷积核矩阵系数的个数，优选为最大可支持待处理信号个数与最大可支持卷积核矩阵系数的个数。优选地，所述延时加权微环阵列中M×O个微环谐振器的半径依次增加，分别对应一个谐振波长，且半径最大微环谐振器对应的自由光谱范围∆f _FSR应大于多波长光信号所占据的光谱范围M×O×∆f。

张量核矩阵控制单元输出的第二控制信号用于控制波束整形器响应特性，分别实现N路加权调制多波长光信号中M个子调制光信号的幅度调节，实现第二级幅度加权。

所述解波分复用器的通道间隔为O×∆f，其中∆f为多波长光信号中两个波长之间的频率间隔，从而对应地将多波长光信号分为M个各包含O个波长的子光信号。

为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例来对本发明的技术方案进行进一步详细说明。

需要说明的是，所述多波长光源为多波长激光器、激光器阵列、锁模激光器、飞秒激光器、光频梳发生器或光孤子光频梳发生器等，本实施例优选锁模激光器；所述调制器可为电吸收调制器、马赫-曾德尔调制器，本实施例优选马赫-曾德尔调制器；所述M×N波束整形器可以为单个商用M×N波束整形器、或波分复用器级联多个1×N波束整形器等装置实现。

此外，所述多波长光源输出信号中M×N个波长信号幅度可以相等或不相等，本实施优选相等。

如图2所示，本实施例的基于波分复用的光子张量计算加速装置包括：1个锁模激光器、1个光放大器、1个解波分复用器、1个待处理信号源、1个调制器阵列（由M个马赫-曾德尔调制器（MZM）组成）、1个张量核矩阵控制单元、1个延时加权微环阵列、1个M×N波束整形器、1个光电探测器阵列（由N个探测器组成）、1个采集处理单元等。

首先，锁模激光器输出各个波长强度相等的多波长光信号并通过光放大器进行放大，放大后的多波长光信号的各个波长强度用矩阵可以表示为A=[A,A,A,…,A]^T _M×O，其光谱分布如图4中的A所示，其中M与O为正整数，分别为最大可支持待处理信号个数与每组最大可支持卷积核矩阵系数的个数，A为单波长信号强度。放大后的等幅度多波长光信号送入解波分复用器分为M个各包含O个波长的子多波长光信号，子多波长光信号可以表示为A _m =[A,A,A,…,A]^T _O，A _m 表示第m个子多波长光信号，m=1，2,…, M。调制器阵列包含与解波分复用器M个输出端口一一对应的M个马赫-曾德尔调制器，M个子多波长光信号分别送入调制器阵列中对应的马赫-曾德尔调制器，待处理信号源输出的M个待处理信号分别通过对应的马赫-曾德尔调制器对子多波长光信号进行强度调制，将M个待处理信号分别加载到对应子多波长光信号上，得到M个子多波长调制光信号。待处理信号序列可以表示为x _m (n)=[x _m (1), x _m (2), x _m (3),…, x _m (P)], 其中n表示离散化时间序号，x _m (n)表示第m个待处理信号序列，P为待处理信号的长度，待处理信号是一维信号或实际二维信号经平坦化处理后得到的一维信号，平坦化具体操作为将二维矩阵转为一维矩阵。待处理信号源输出的M个待处理信号维度用张量可以表示为[D _data ,S _in ],其中D _data 为待处理信号的矩阵大小，对于一维信号，D _data 表示信号数据的个数；对于二维信号，D _data =[W,H]，W与H分别表示二维信号宽与高的数据个数, S _in 为待处理信号个数，此处S _in =M。子多波长调制光信号S _{Mod_m} 用矩阵可以表示为：

(1)

M个子多波长调制光信号通过光纤波导耦合技术依次耦合到包含M个延时加权微环单元的延时加权微环阵列芯片中，延时加权微环单元的结构示意图如图3所示，每个延时加权微环单元由1个直通波导、1个耦合波导以及O个微环谐振器组成，微环谐振器在直通波导端彼此之间有一段长为∆l=c×∆t/n _w的延迟波导，其中n _w为波导延迟线的有效折射率，∆t=1/S _M 为待处理信号单个符号持续时间，S _M 为待处理信号符号速率。每个延时加权微环单元中O个微环的谐振特性依次对应于一个波长。张量核矩阵控制单元输出的卷积核矩阵控制信号首先控制第一个微环谐振器谐振特性，使在直通波导中传输的对应波长子强度调制光信号按特定耦合系数耦合到耦合波导中，耦合系数根据卷积核矩阵系数大小设定，实现卷积核矩阵系数加权。直通波导中的子多波长调制光信号经过第一个微环谐振器后进入直通波导的延迟波导实现∆t延时。延时后的多波长强度调制光信号通过第二个微环谐振器对相应波长信号实现系数加权，延时后依次完成所有波长信号加权。在耦合波导输出端得到M个子多波长加权调制光信号。

设第m组卷积核矩阵系数为W _mO =[w _m1,w _m2,w _m3,…,w _mO]^T，w为卷积核矩阵系数，设卷积核的维度用D _k 表示，当卷积核为一维时，D _k 为一维卷积核系数个数O，当卷积核为二维时，D _k =[C,L]，C与L分别为二维卷积核行与列的系数个数，且C·L=O。延时加权微环单元耦合波导输出的子多波长加权调制光信号S _{Modcon_m} 可以表示为：

( m=1,2,..，M) (2)

子多波长加权调制光信号光谱图如图4中的B, C, D所示，需要说明得是，为了公众便于理解，图4中的B, C, D所对应的分别为第1，2，M个延时加权微环单元输出的子多波长加权调制光信号。基于波导光纤耦合技术，将M个子加权强度调制光信号耦合进光纤后输入M×N波束整形器。M×N波束整形器具体工作方式为，输入波束整形器的M个子多波长加权调制光信号合为一路加权调制多波长光信号，然后将该加权调制多波长光信号分为N路。基于张量核矩阵控制单元的第二控制信号控制波束整形器响应特性，分别实现每路加权调制多波长光信号中M个子调制光信号的幅度调节，实现二级幅度加权。M×N波束整形器的多端口响应特性M _con 可以用矩阵表示为：

(3)

v是对应每个端口响应特性系数，设M×N波束整形器的多端口响应特性维度用维度D _m =[S _Min , S _Mout ]表示，为波束整形器有效输入输出端口个数，此处S _Min =M，此处S _Mout =N。加权调制多波长光信号时间序列与波长关系如图5所示。需要说明的是，图5中所对应的只是M×N波束整形器第一个输出端口加权调制多波长光信号的时间序列与波长关系，其它端口输出端口加权调制多波长光信号的时间序列与波长关系与此类似。将N路加权调制多波长光信号分别送入包含N个探测器的探测器阵列完成光电转换后得到电输出信号。电输出信号有效时序内的信号可以表示为：

(4)

其中，S _{ca_n} (r)为第n个探测器的第r次张量计算的结果。采集处理单元对N个电输出信号采集后，对有效时序信号进行处理即可得到N个张量计算结果。即经过张量加速运算后的数据维度用张量可以表示为[D _data , S _out ], 其中D _data 为输出信号维度，与输入待处理信号维度相同，S _out 为待处理信号个数，此处S _out =N。综上张量卷积核的维度可以表示为[D _k , ,D _m , S _in , S _out ]。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于波分复用的光子张量计算加速方法，其特征在于，将多波长光源输出的多波长光信号放大后送入解波分复用器，解波分复用器将多波长光信号分为M个各包含O个波长的子光信号并送入M个调制器，M个待处理信号分别通过对应的调制器分别加载到对应子光信号上得到M个子调制光信号；其中，M个待处理信号由张量[D _data ,S _in ]分解获得，其中D _data 为待处理信号的矩阵大小，S _in 为待处理信号个数，S _in =M；每个待处理信号是一维信号或实际二维信号经平坦化处理后得到的一维信号；M个子调制光信号送入延时加权微环阵列，控制信号基于M组卷积核矩阵系数控制延时加权微环阵列中M个延时加权微环单元中共M×O个微环的耦合系数实现M×O个波长信号幅度加权；幅度加权后的M个子调制光信号送入M×N波束整形器实现二级幅度加权，得到N个包含M×O个波长的加权调制多波长光信号，对N个加权调制多波长光信号分别进行光电转换得到电信号，对电信号分别进行采集与处理即得到N个张量运算结果。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述幅度加权后的M个子调制光信号送入M×N波束整形器实现二级幅度加权具体为：首先，将输入波束整形器的M个幅度加权后的子调制光信号合为一路复合光信号，然后将该复合光信号分为N路，通过控制波束整形器响应特性，分别实现每路加权调制多波长光信号中M个子调制光信号的幅度调节，实现第二级幅度加权。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多波长光信号中M×O个波长信号幅度相等或不相等，其中M与O为正整数，分别为最大可支持待处理信号个数与每组最大可支持卷积核矩阵系数的个数；所述解波分复用器的通道间隔为O×∆f，其中∆f为多波长光信号中两个波长之间的频率间隔。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延时加权微环阵列为集成芯片，由M个延时加权微环单元组成，每个延时加权微环单元由1个直通波导、1个耦合波导以及O个微环谐振器组成，其中的O个微环谐振器在直通波导端彼此之间有一段长为∆l=c×∆t/n _w的延迟波导，其中n _w为延迟波导的有效折射率，∆t=1/S _M 为待处理信号单个符号持续时间，S _M 为待处理信号符号速率，且待处理信号符号速率最大值取决于调制器带宽。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制信号通过控制每个延时加权微环单元中O个微环的耦合系数实现M×O个波长调制信号卷积核矩阵系数加权，具体为：

根据对应的卷积核矩阵系数的大小及多波长光信号中各个波长的初始信号强度确定微环谐振器耦合系数，且通过热光效应或电光效应改变微环谐振器耦合系数，每个延时加权微环单元中O个微环对应一个子光信号。

6.一种基于波分复用的光子张量计算加速装置，其特征在于，包括：

多波长光源，用于产生包含M×O个波长的多波长光信号；

光放大器，用于对多波长光源产生的多波长光信号进行放大；

待处理信号源，用于将张量[D _data ,S _in ]分解获得M个待处理信号，其中D _data 为不同待处理信号的矩阵大小，S _in 为待处理信号个数，S _in =M；每个待处理信号是一维信号或实际二维信号经平坦化处理后得到的一维信号；

解波分复用器，用于将多波长光信号分为M个各包含O个波长的子光信号；

调制器阵列，包含M个调制器，用于将待处理信号源产生的M个待处理信号分别加载到对应的M个子光信号上，得到M个子调制光信号；

张量核矩阵控制单元，用于根据张量核系数向延时加权微环阵列及M×N波束整形器分别提供第一控制信号和第二控制信号；

延时加权微环阵列，用于基于第一控制信号控制延时加权微环阵列中M个延时加权微环单元中共M×O个微环的耦合系数，实现M×O个波长调制信号卷积核矩阵系数加权得到M个幅度加权子调制信号；

M×N波束整形器，用于将M个幅度加权子调制光信号合为一路加权调制多波长光信号并分为N路，再基于第二控制信号实现每路加权调制多波长光信号中M个子调制光信号的幅度调节；

探测器阵列，包含N个探测器，用于将幅度调节后的N路加权调制多波长光信号转换为N路电信号；

采集处理单元，用于采集探测器阵列输出的N路电信号，并重构为对应原始待处理信号的张量运算结果。

7.如权利要求6所述的基于波分复用的光子张量计算加速装置，其特征在于，所述多波长光源为多波长激光器、激光器阵列、锁模激光器、飞秒激光器、光频梳发生器或光孤子光频梳发生器。

8.如权利要求6所述的基于波分复用的光子张量计算加速装置，其特征在于，所述多波长光信号中M×O个波长信号幅度相等或不相等，其中M与O为正整数，分别为最大可支持待处理信号个数与每组最大可支持卷积核矩阵系数的个数；所述解波分复用器的通道间隔为O×∆f，其中∆f为多波长光信号中两个波长之间的频率间隔。

9.如权利要求6所述的基于波分复用的光子张量计算加速装置，其特征在于，所述延时加权微环阵列中M×O个微环谐振器的半径依次增加，分别对应一个谐振波长，且半径最大微环谐振器对应的自由光谱范围∆f _FSR应大于多波长光信号所占据的光谱范围M×O×∆f。

10.如权利要求6所述的基于波分复用的光子张量计算加速装置，其特征在于，所述延时加权微环阵列为集成芯片，由M个延时加权微环单元组成，每个延时加权微环单元由1个直通波导、1个耦合波导以及O个微环谐振器组成，其中的O个微环谐振器在直通波导端彼此之间有一段长为∆l=c×∆t /n _w的延迟波导，其中n _w为延迟波导的有效折射率，∆t=1/S _M 为待处理信号单个符号持续时间，S _M 为待处理信号符号速率，且待处理信号符号速率最大值取决于调制器带宽。

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