JP6468607B2 - Optical computing unit - Google Patents

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本発明は、論理演算を光回路、または光回路と電気回路との混合回路で行う光演算器に関する。   The present invention relates to an optical arithmetic unit that performs a logical operation in an optical circuit or a mixed circuit of an optical circuit and an electric circuit.

現在の電子演算回路は、処理速度を向上させるために、チップサイズや素子サイズを極限まで小さくする工夫がなされている。これは、回路内の抵抗(R)とキャパシタンス(C)などが信号の伝搬を大きく律速しているため、演算速度を上げるにはチップサイズや素子サイズを小さくするしかないためである。   The present electronic arithmetic circuit is devised to reduce the chip size and element size to the limit in order to improve the processing speed. This is because the resistance (R) and capacitance (C) in the circuit greatly limit the propagation of signals, and the only way to increase the calculation speed is to reduce the chip size and element size.

このため、狭面積の論理ブロックやコアに素子を詰め込み、マルチコア・メニーコア化などの工夫がなされている。しかし、それらをつなぐための配線が新たな「遅延」を生み、演算の高速化に限界が見えつつある。   For this reason, devices such as multi-core and many-core are devised by packing elements in a logic block or core having a small area. However, the wiring for connecting them creates a new “delay”, and there is a limit to speeding up the calculation.

一方、光通信などで用いられる光配線や光パスゲートは、その配線経路内のCやRに無依存で光信号を伝播させることができる。また、ナノフォトニクスの進展により、光パスゲートの消費エネルギーは飛躍的に改善され、そのエネルギーコスト[J/bit]は、CMOSゲートと光で同程度のレベルになりつつある。そのため、チップ内やチップ間の通信を光化する様々な研究がなされている。   On the other hand, an optical wiring or an optical pass gate used in optical communication or the like can propagate an optical signal independent of C and R in the wiring path. In addition, with the progress of nanophotonics, the energy consumption of the optical pass gate has been dramatically improved, and the energy cost [J / bit] is about the same level as that of the CMOS gate and light. For this reason, various studies have been made to opticalize communication within and between chips.

図11を用いてパスゲートを組み合わせた演算回路における演算プロセスについて説明する。2x1(2分岐)のパスゲート101をツリー状に接続すると、n桁の制御入力に対する真理値表(Look up table (LUT):図12参照)を再現する演算回路100を構成することができる。この演算回路100は、n桁の制御入力に対する全ての組み合わせに対し、「0」か「1」の信号を出力するもので、n桁の制御入力に対する全ての1ビット出力演算を実行する。   An arithmetic process in an arithmetic circuit combining pass gates will be described with reference to FIG. When the 2 × 1 (two-branch) pass gates 101 are connected in a tree shape, an arithmetic circuit 100 that reproduces a truth table (Look up table (LUT): see FIG. 12) for an n-digit control input can be configured. The arithmetic circuit 100 outputs a signal of “0” or “1” for all combinations of n-digit control inputs, and executes all 1-bit output operations for n-digit control inputs.

この演算回路100において、パスゲート101としてCMOSゲートなどのパスゲート101Aを用いた演算回路100Aでは、図13に示されるように、n個のゲートのC,Rが連なるため、経路の応答速度がn^2で劣化する。そのため、このような演算回路100A(電気回路)では、制御入力の桁nをn<4〜6としてしか用いられない。   In this arithmetic circuit 100, in the arithmetic circuit 100A using a pass gate 101A such as a CMOS gate as the pass gate 101, as shown in FIG. 13, n gates C and R are connected, so that the response speed of the path is n ^. Deteriorates at 2. Therefore, in such an arithmetic circuit 100A (electric circuit), the digit n of the control input can be used only when n <4-6.

図14に、パスゲート101として光パスゲート101Bを用い、ツリー構造の葉に相当する信号入力ポートに光源102を配置した例を示す。この演算回路100(100B)では、光パスゲート101Bを駆動することによって、ツリー構造の幹に相当する出力ポートから、2n個の制御入力の組み合わせに対応する1つの光信号(1つの出力結果)を得ることができる。 FIG. 14 shows an example in which an optical pass gate 101B is used as the pass gate 101 and the light source 102 is arranged at a signal input port corresponding to a leaf of a tree structure. In this arithmetic circuit 100 (100B), by driving the optical pass gate 101B, one optical signal (one output result) corresponding to a combination of 2 n control inputs from the output port corresponding to the trunk of the tree structure. Can be obtained.

なお、この演算回路100Bにおいて、光パスゲート101Bは光信号を遮断または透過する2つの光パス(光スイッチ)SW1,SW2を備えており、複数の光源102と複数の光パスゲート101Bとの間および複数の光パスゲート101B間は光回路103によって接続される。   In the arithmetic circuit 100B, the optical path gate 101B includes two optical paths (optical switches) SW1 and SW2 that block or transmit an optical signal, and between the plurality of light sources 102 and the plurality of optical path gates 101B. The optical pass gates 101B are connected by an optical circuit 103.

この演算回路100Bでは、光源102の配置により、真理値表(LUT)の内容を変更できることから、演算の種類の設定を自由に変更できるという特徴を有する。また、光の伝播は電気的なCRに依存しないため、これにより、CRに律速されない論理演算が可能となり、電気回路のレイテンシボトルネックが解消される。なお、この演算回路100Bにおいて、制御入力を電気信号とすれば、光回路と電気回路との混合回路で論理演算が行われるものとなり、制御入力を光信号とすれば、光回路のみで論理演算が行われるものとなる。   This arithmetic circuit 100B has a feature that the setting of the type of calculation can be freely changed because the contents of the truth table (LUT) can be changed by the arrangement of the light source 102. In addition, since the propagation of light does not depend on the electrical CR, a logical operation that is not limited by the CR can be performed, thereby eliminating the latency bottleneck of the electrical circuit. In this arithmetic circuit 100B, if the control input is an electric signal, a logical operation is performed by a mixed circuit of the optical circuit and the electric circuit. If the control input is an optical signal, the logical operation is performed only by the optical circuit. Will be done.

A. Tetsuya, “Photonic-Crystal Logic Devices Based on the Binary Decision Diagram,”信学会,エレクトロニクス(1),386(2000)A. Tetsuya, “Photonic-Crystal Logic Devices Based on the Binary Decision Diagram,” IEICE, Electronics (1), 386 (2000) S. Lin, “Demonstration of optical computing logics based on binary decision diagram,”OPTICS EXPRESS 20, 1378 (2012)S. Lin, “Demonstration of optical computing logics based on binary decision diagram,” OPTICS EXPRESS 20, 1378 (2012)

しかしながら、図14に示されたような構成では、制御入力数の増大に伴って光スイッチ(光素子)の数が指数関数的に増大し、膨大な数の光素子を必要とする。このため、BDD(Binary Decision Diagram)と呼ばれる手法により光素子の数を削減し回路を簡略化する方法が提案されている(例えば、非特許文献1,2参照)。しかし、この方法では、特定用途の演算のみが取り扱えることになり、演算の種類の設定を自由に変更できる特徴が損なわれてしまう。   However, in the configuration as shown in FIG. 14, the number of optical switches (optical elements) increases exponentially with the increase in the number of control inputs, and an enormous number of optical elements are required. For this reason, a method of reducing the number of optical elements and simplifying the circuit by a technique called BDD (Binary Decision Diagram) has been proposed (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). However, in this method, only a specific-purpose operation can be handled, and the feature that the setting of the operation type can be freely changed is impaired.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、演算の種類の設定を自由に変更できるという特徴を損なうことなく、光素子の数を大幅に削減し、低消費電力で駆動することができる光演算器を提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to greatly reduce the number of optical elements without losing the feature that the setting of the type of calculation can be freely changed. An object of the present invention is to provide an optical computing unit that can be driven with low power consumption.

このような目的を達成するために本発明は、複数の光源(102)と、複数の光スイッチ(SW1,SW2)と、複数の光源(102)と複数の光スイッチ(SW1,SW2)との間および複数の光スイッチ間(SW1,SW2)を接続する光回路(103)とを備え、制御入力の組み合わせに応じて複数の光スイッチ(SW1,SW2)を駆動することによって光回路を(103)通して1つの出力結果を出力する光演算器において、光スイッチ(SW1(SWA),SW2(SWB))は、1つの制御入力に関連する複数の経路を束ねて光信号の遮断または通過を行うことを特徴とする。   In order to achieve such an object, the present invention includes a plurality of light sources (102), a plurality of optical switches (SW1, SW2), a plurality of light sources (102), and a plurality of optical switches (SW1, SW2). And an optical circuit (103) for connecting between the optical switches (SW1, SW2), and driving the optical switches (SW1, SW2) in accordance with the combination of control inputs (103 In the optical computing unit that outputs one output result through the optical switch (SW1 (SWA), SW2 (SWB)), a plurality of paths related to one control input are bundled to block or pass the optical signal. It is characterized by performing.

本発明において、光スイッチ(SWA,SWB)は、1つの制御入力に関連する複数の経路を束ねて光信号の遮断または通過を行う。これにより、制御入力をn桁とした場合、光スイッチの数を2×n個に削減することが可能となる。また、遅延回路を用いるなどして、光スイッチの数をn個に削減することも可能となる。このようにして、本発明では、演算の種類の設定を自由に変更できるという特徴を損なうことなく、光スイッチ(光素子)の数を大幅に削減し、低消費電力で駆動することができるようになる。   In the present invention, the optical switches (SWA, SWB) block or pass an optical signal by bundling a plurality of paths related to one control input. Accordingly, when the control input is n digits, the number of optical switches can be reduced to 2 × n. It is also possible to reduce the number of optical switches to n by using a delay circuit. In this way, the present invention can greatly reduce the number of optical switches (optical elements) and can be driven with low power consumption without impairing the feature that the setting of the type of calculation can be freely changed. become.

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。   In the above description, as an example, constituent elements on the drawing corresponding to the constituent elements of the invention are indicated by reference numerals with parentheses.

以上説明したことにより、本発明によれば、1つの制御入力に関連する複数の経路を束ねて1つの光スイッチによって光信号の遮断または通過を行うようにしたので、演算の種類の設定を自由に変更できるという特徴を損なうことなく、光素子の数を大幅に削減し、低消費電量で駆動することができるようになる、という効果が得られる。   As described above, according to the present invention, since a plurality of paths related to one control input are bundled and an optical signal is blocked or passed by one optical switch, the type of calculation can be freely set. Thus, the effect that the number of optical elements can be greatly reduced and the apparatus can be driven with low power consumption can be obtained without impairing the feature of being able to be changed.

図1は、ツリー回路を構成する2x1(2分岐)の光パスゲートの2つの光パス(光スイッチ)をマークで表現した図である。FIG. 1 is a diagram in which two optical paths (optical switches) of a 2 × 1 (two-branch) optical path gate constituting a tree circuit are represented by marks. 図2は、制御入力(「0」,「1」)と2つの光スイッチの通過/遮断の関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the control input (“0”, “1”) and the passage / cutoff of two optical switches. 図3は、1つの制御入力に関連する複数の経路を束ねて光の遮断または通過を行う光スイッチを用いた例(n=3段のケース)を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example using an optical switch that blocks or passes light by bundling a plurality of paths related to one control input (case of n = 3 stages). 図4は、n=4段のケースを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a case of n = 4 stages. 図5は、信号経路の組み換えと信号を束ねる/振り分ける機能をマトリックススイッチで実現した例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example in which the recombination of signal paths and the function of bundling / distributing signals are realized by a matrix switch. 図6は、図3に示した演算回路で用いる光スイッチの一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of an optical switch used in the arithmetic circuit illustrated in FIG. 図7は、図3に示した演算回路で用いる光スイッチの別の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the optical switch used in the arithmetic circuit illustrated in FIG. 図8は、波長を用いた合波・分波の入出力ポートが波長順に並ぶ合分波器を用いたときの構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration when using a multiplexer / demultiplexer in which input / output ports for multiplexing / demultiplexing using wavelengths are arranged in order of wavelength. 図9は、遅延回路を用いた構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration using a delay circuit. 図10は、具体的な遅延量を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a specific delay amount. 図11は、パスゲートを用いた演算回路を例示する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an arithmetic circuit using a pass gate. 図12は、n桁の制御入力に対する真理値表を例示する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a truth table for an n-digit control input. 図13は、パスゲートとしてCMOSゲートなどを用いた場合の経路の応答速度の劣化を説明する図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the deterioration of the response speed of the path when a CMOS gate or the like is used as the pass gate. 図14は、パスゲートとして光パスゲートを用いた演算回路を例示する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an arithmetic circuit using an optical pass gate as the pass gate.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、実施の形態の説明に入る前に、本発明の概要について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the outline of the present invention will be described before the description of the embodiments.

〔発明の概要〕
図1に、ツリー回路を構成する2x1(2分岐)の光パスゲート101Bの2つの光パス(光スイッチ)をマークで表現した図を示す。この図では、光スイッチSW1を「○」で表現し、光スイッチSW2を「☆」で表現している。また、この「○」と「☆」において、「○」,「☆」は通過を意味し、「●」,「★」は遮断を意味する。
[Summary of the Invention]
FIG. 1 shows a diagram in which two optical paths (optical switches) of a 2 × 1 (two-branch) optical path gate 101B constituting a tree circuit are represented by marks. In this figure, the optical switch SW1 is represented by “◯”, and the optical switch SW2 is represented by “☆”. Further, in “O” and “☆”, “O” and “☆” mean passing, and “●” and “★” mean blocking.

この例において、制御入力In〔i〕が「1」のとき、光スイッチSW1/SW2は「○」/「★」とされ、制御入力In〔i〕が「0」のとき、光スイッチSW1/SW2は「●」/「☆」とされるものとする(図2参照)。   In this example, when the control input In [i] is “1”, the optical switch SW1 / SW2 is “◯” / “★”, and when the control input In [i] is “0”, the optical switch SW1 / SW2 is assumed to be “●” / “☆” (see FIG. 2).

このようなn個の制御入力を有するツリー回路では2n+2n-1+・・・・+21個の光スイッチが必要となる。図1の例では、n=3であるので、光スイッチSW1,SW2とし、23+22+21=14個の光スイッチを必要としている。 In such a tree circuit having n control inputs, 2 n +2 n-1 +... +2 1 optical switches are required. In the example of FIG. 1, since n = 3, optical switches SW1 and SW2 are used, and 2 3 +2 2 +2 1 = 14 optical switches are required.

このツリー回路1において、もし光スイッチSW1,SW2が複数の信号をまとめて処理することが可能であれば(1つの制御入力に関連する複数の経路を束ねて光信号の遮断または通過を行うことが可能であれば)、光スイッチSW1,SW2の数を2×n個に削減することができる(図3参照)。   In this tree circuit 1, if the optical switches SW1 and SW2 can process a plurality of signals collectively (blocking or passing an optical signal by bundling a plurality of paths related to one control input). If possible, the number of optical switches SW1 and SW2 can be reduced to 2 × n (see FIG. 3).

すなわち、図1に示したツリー回路1では、23+22+21=14個の光スイッチを必要としていたのに対し、図3に示した演算回路2では、2×3=6個の光スイッチとすることができる。これにより、演算の種類の設定を自由に変更できるという特徴を損なうことなく、光スイッチ(光素子)の数を大幅に削減し、低消費電力で駆動することができるようになる。 That is, the tree circuit 1 shown in FIG. 1 requires 2 3 +2 2 +2 1 = 14 optical switches, whereas the arithmetic circuit 2 shown in FIG. 3 has 2 × 3 = 6 light switches. It can be a switch. As a result, the number of optical switches (optical elements) can be greatly reduced and driving can be performed with low power consumption without losing the feature that the setting of the type of calculation can be freely changed.

なお、ツリー回路1における光スイッチSW1,SW2と区別するために、この演算回路2で用いる光スイッチSW1,SW2をSWA,SWBとする。図3において、光スイッチSWAを「○」で表現し、光スイッチSWBを「☆」で表現すること、「○」,「☆」は通過を意味し、「●」,「★」は遮断を意味することは光スイッチSW1,SW2と同じである。   In order to distinguish from the optical switches SW1 and SW2 in the tree circuit 1, the optical switches SW1 and SW2 used in the arithmetic circuit 2 are SWA and SWB. In FIG. 3, the optical switch SWA is represented by “◯”, the optical switch SWB is represented by “☆”, “○”, “☆” means passing, “●”, “★” are blocking. What is meant is the same as the optical switches SW1 and SW2.

この演算回路2は、光スイッチSWA,SWBの前段に経路を組み替える素子と、信号を束ねる素子、後段に信号を振り分ける素子を組み合わせれば実現可能である。図3に示した演算回路2では、光源102と1段目の光スイッチSWA,SWBとの間に機能ブロックBL1を設け、1段目の光スイッチSWA,SWBと2段目の光スイッチSWA,SWBとの間に機能ブロックBL2を設け、2段目の光スイッチSWA,SWBと3段目の光スイッチSWA,SWBとの間に機能ブロックBL3を設けている。   The arithmetic circuit 2 can be realized by combining an element that rearranges the path before the optical switches SWA and SWB, an element that bundles signals, and an element that distributes signals at the subsequent stage. In the arithmetic circuit 2 shown in FIG. 3, the functional block BL1 is provided between the light source 102 and the first-stage optical switches SWA and SWB, and the first-stage optical switches SWA and SWB and the second-stage optical switches SWA and SWA are provided. A functional block BL2 is provided between SWB and SWB, and a functional block BL3 is provided between optical switches SWA and SWB at the second stage and optical switches SWA and SWB at the third stage.

図3に示した演算回路2において、各機能ブロックBLは、信号を振り分ける機能(経路を組み替える機能)と信号を束ねる機能とを備えている。図4にn=4段のケースを示す。各機能ブロックBLにおいて、束ねた信号を振り分ける際、その空間的な順序は、束ねる前後で同じとする。このようにすることにより、信号の振り分け方(ポートの入れ替え)は、各段の間で同じものを使用できる。   In the arithmetic circuit 2 shown in FIG. 3, each functional block BL has a function of distributing signals (a function of rearranging paths) and a function of bundling signals. FIG. 4 shows a case of n = 4 stages. In each functional block BL, when the bundled signals are distributed, the spatial order is the same before and after the bundle. By doing in this way, the same signal distribution method (port exchange) can be used between the respective stages.

図4の信号経路の組み換えと信号を束ねる/振り分ける機能は、図5に示される構成で実現できる。具体的には、経路の組み換えはマトリックススイッチMSで構成でき、光スイッチSWA,SWBで信号を空間的に重ね合わせずに伝播させることで、信号の空間的な順序を変えずに通過/遮断の制御を行うことができる。ただし、マトリックススイッチMSは一度適切に経路設定した後は動的に切り替える必要はないため光配線で作りこんでも良い。光配線の場合、交差が発生するので立体配線や方向性結合器を使うのが良い。   The recombination of signal paths and the function of bundling / distributing signals in FIG. 4 can be realized by the configuration shown in FIG. Specifically, recombination of the path can be configured by a matrix switch MS, and signals can be transmitted / blocked without changing the spatial order of signals by allowing the optical switches SWA and SWB to propagate signals without spatially overlapping them. Control can be performed. However, since the matrix switch MS does not need to be dynamically switched once the appropriate route is set, it may be formed by optical wiring. In the case of optical wiring, since crossing occurs, it is preferable to use a three-dimensional wiring or a directional coupler.

〔実施の形態1〕
図6に図3に示した演算回路2で用いる光スイッチSWA,SWBの一例を示す。この例では、光スイッチSWA,SWBの領域を有する(「○」,「☆」の領域を有する)1つのスイッチを挿入するものとし、この1つのスイッチの「○」,「☆」の領域でそれぞれが係る経路をまとめて通過/遮断を行うようにしている。これにより、スイッチの数を削減することが出来るため、制御が簡便になる。
[Embodiment 1]
FIG. 6 shows an example of the optical switches SWA and SWB used in the arithmetic circuit 2 shown in FIG. In this example, it is assumed that one switch having the areas of optical switches SWA and SWB (having the areas of “◯” and “☆”) is inserted, and in the areas of “◯” and “☆” of this one switch. Each of these routes is collectively passed / blocked. Thereby, since the number of switches can be reduced, control becomes simple.

〔実施の形態2〕
図7に図3に示した演算回路2で用いる光スイッチSWA,SWBの別の例を示す。この例では、レンズLNを用いて、光スイッチSWA,SWBの領域(「○」,「☆」の領域)に係る経路の光信号を1点に集光させ、その集光させた光信号を遮蔽壁(図示せず)によって通過または遮断するようにしている。1点に集光させることで、スイッチを小さくすることが可能となるため、低消費電力になる。
[Embodiment 2]
FIG. 7 shows another example of the optical switches SWA and SWB used in the arithmetic circuit 2 shown in FIG. In this example, by using the lens LN, the optical signal of the path related to the areas of the optical switches SWA and SWB ("◯" and "☆" areas) is collected at one point, and the collected optical signal is collected. It is made to pass or block by a shielding wall (not shown). By condensing light at one point, it becomes possible to reduce the size of the switch, resulting in low power consumption.

集光部分に配置するスイッチは光を吸収するアブソーバや入射角とは異なる方向に散乱させるような拡散板やミラーであれば良い。スイッチ通過後はそれぞれの信号は異なる方向に進むため、分離することは容易である。また、もう一度レンズを挿入することで、各信号を平行にすることもできる。   The switch arranged in the condensing part may be an absorber that absorbs light or a diffuser plate or a mirror that scatters in a direction different from the incident angle. Since each signal travels in a different direction after passing through the switch, it is easy to separate them. Moreover, each signal can be made parallel by inserting a lens once again.

なお、この例ではレンズで1点に集光させるものとしたが、必ずしも1点に集光させる必要は無く、小型のスイッチでまとめて通過遮断を制御できる程度に光が局所的な領域を通過するようにすれば良い。   In this example, it is assumed that the light is focused on one point by the lens. However, it is not always necessary to focus the light on one point, and the light passes through a local area to the extent that the passage blocking can be controlled collectively by a small switch. You should do it.

〔実施の形態3〕
実施の形態3では、波長多重を用い、複数の信号を束ねて光スイッチSWA,SWBを通過させ、スイッチの大きさ・動作パワーを削減させるようにする。図8に、波長を用いた合波・分波の入出力ポートが波長順に並ぶ合分波器を用いたときの構成を示す。
[Embodiment 3]
In the third embodiment, wavelength multiplexing is used to bundle a plurality of signals and pass through the optical switches SWA and SWB, thereby reducing the size and operating power of the switch. FIG. 8 shows a configuration when a multiplexer / demultiplexer in which input / output ports for multiplexing / demultiplexing using wavelengths are arranged in order of wavelength is used.

この構成において、複数の光源102は、互いに異なる波長の光源とされている。また、光回路103、は複数の経路からの光信号を合波した後に光スイッチSWA,SWBへ送る合波器と、光スイッチSWA,SWBを通過した光信号を波長ごとに分波する分波器とを含む。この合波器と分波器は各機能ブロックBLに設けられている。   In this configuration, the plurality of light sources 102 are light sources having different wavelengths. The optical circuit 103 multiplexes optical signals from a plurality of paths and then sends them to the optical switches SWA and SWB, and demultiplexing the optical signals passing through the optical switches SWA and SWB for each wavelength. Including This multiplexer and duplexer are provided in each functional block BL.

この場合、信号の振り分け方(ポートの入れ替え)は、各段の間で異なるものとなるため、図5のマトリックススイッチMSの設定を変更する。この場合もスイッチを用いずに光配線で経路を作成しても良い。また、合波器及び分波器としては、アレイ導波路回折格子(AWG(arrayed-waveguide grating))を用いると良い。   In this case, since the signal distribution method (port exchange) differs among the stages, the setting of the matrix switch MS in FIG. 5 is changed. In this case as well, a route may be created by optical wiring without using a switch. In addition, as a multiplexer and a duplexer, an arrayed-waveguide grating (AWG) may be used.

〔実施の形態4〕
図8に示した構成において、更にタイミングをずらして経路に信号を伝搬させることにより、光スイッチSWA,SWBの機能を1つにまとめることも可能である。
[Embodiment 4]
In the configuration shown in FIG. 8, the functions of the optical switches SWA and SWB can be combined into one by further shifting the timing and propagating the signal to the path.

例えば、図9に示すように、遅延回路DL(DL0(遅延回路0)〜DL3(遅延回路3))を用いた構成とする。この構成において、隣接する遅延回路DL間には、1つの光スイッチSWCを配置する。この光スイッチSWCは、入力が「1」のときに先行/遅行する信号を通過/遮断、入力が「0」のときに先行/遅行する遮断/通過させるよう動作する。   For example, as shown in FIG. 9, the delay circuit DL (DL0 (delay circuit 0) to DL3 (delay circuit 3)) is used. In this configuration, one optical switch SWC is disposed between adjacent delay circuits DL. The optical switch SWC operates to pass / cut off a signal that precedes / delays when the input is “1” and to block / pass the signal that precedes / delays when the input is “0”.

また、遅延回路DL0,DL1,DL2,DL3は、真理値表のIn[0],In[1],In[2],In[3]において「0」の位置に対応する入力信号(制御入力「0」に関連する複数の経路の光信号)を、「1」の位置に対応する入力信号((制御入力「1」に関連する複数の経路の光信号)よりも1ビット以上遅延させるものとする。具体的な遅延量を図10に示す。図10において、2重丸は1ビット分の時間遅延線を示しており、1重丸は、2重丸の遅延分を補償するものである。   The delay circuits DL0, DL1, DL2, and DL3 are input signals (control inputs) corresponding to the position of “0” in In [0], In [1], In [2], and In [3] in the truth table. Delays one or more bits of the optical signal of a plurality of paths related to “0” with respect to the input signal corresponding to the position of “1” (the optical signals of the plurality of paths related to the control input “1”) A specific delay amount is shown in Fig. 10. In Fig. 10, a double circle indicates a time delay line for one bit, and a single circle compensates for the delay of the double circle. is there.

これにより、例えばIn[0],In[1],In[2],In[3]への入力が、「0」,「0」,「1」,「1」の場合、図9に示されるように、全てのスイッチSWCを通過できる信号は、遅延回路DL0への入力が上から4番目の信号のみ、となる。この制御入力と信号出力との関係は演算の種類に対応しており、制御入力のための光源配置により変更が可能、つまり、光源配置により演算の種類を変更することができる回路となっている。また、光スイッチの数をn個に削減することができている。   Thus, for example, when the inputs to In [0], In [1], In [2], In [3] are “0”, “0”, “1”, “1”, as shown in FIG. As described above, the signal that can pass through all the switches SWC is only the fourth signal from the top to the delay circuit DL0. The relationship between the control input and the signal output corresponds to the type of calculation, and can be changed by the light source arrangement for the control input, that is, the circuit can change the type of calculation by the light source arrangement. . In addition, the number of optical switches can be reduced to n.

以上の回路は、電気回路とは全く異なる手法で素子数を削減し、制御入力のための光源配置により演算の種類を自由に変更でき、光の伝搬だけで演算が完了することから、電子回路では困難な超低レイテンシ演算を提供し、動作周波数が頭打ち状態になりつつある電子回路の問題を解決することを可能とする。   The above circuit reduces the number of elements by a completely different method from the electrical circuit, and the type of calculation can be freely changed by the light source arrangement for control input, and the calculation is completed only by the propagation of light. In this case, it is possible to solve the problem of an electronic circuit whose operating frequency is reaching a peak state by providing an extremely low latency operation that is difficult to perform.

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
[Extension of the embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention.

2…演算回路、SWA,SWB,SWC…光スイッチ(光素子)、BL(BL1〜BL4)…機能ブロック、MS…マトリックススイッチ、DL(DL0〜DL3)…遅延回路。101(101B)…光パスゲート、102…光源、103…光回路、LUT…真理値表。   2 ... arithmetic circuit, SWA, SWB, SWC ... optical switch (optical element), BL (BL1 to BL4) ... functional block, MS ... matrix switch, DL (DL0-DL3) ... delay circuit. 101 (101B): optical pass gate, 102: light source, 103: optical circuit, LUT: truth table.

Claims (5)

複数の光源と、複数の光スイッチと、前記複数の光源と前記複数の光スイッチとの間および前記複数の光スイッチ間を接続する光回路とを備え、制御入力の組み合わせに応じて前記複数の光スイッチを駆動することによって前記光回路を通して1つの出力結果を出力する光演算器において、
前記光スイッチは、
1つの制御入力に関連する複数の経路を束ねて光信号の遮断または通過を行う
ことを特徴とする光演算器。
A plurality of light sources, a plurality of optical switches, and an optical circuit connecting between the plurality of light sources and the plurality of optical switches and between the plurality of optical switches, the plurality of light sources depending on a combination of control inputs In an optical computing unit that outputs one output result through the optical circuit by driving an optical switch,
The optical switch is
An optical computing unit characterized in that a plurality of paths related to one control input are bundled to block or pass an optical signal.
請求項1に記載された光演算器において、
前記光スイッチは、
前記複数の経路からくる光信号を1点に集光する集光手段と、
前記集光手段によって集光された光信号を通過または遮断する手段と
を備えることを特徴とする光演算器。
The optical computing unit according to claim 1,
The optical switch is
Condensing means for condensing optical signals coming from the plurality of paths at one point;
Means for passing or blocking the optical signal collected by the light collecting means.
請求項1に記載された光演算器において、
前記複数の光源は、
互いに異なる波長の光源であり、
前記光回路は、
前記複数の経路からの光信号を合波した後に前記光スイッチに送る合波器と、
前記光スイッチを通過した光信号を波長ごとに分波する分波器とを含む
ことを特徴とする光演算器。
The optical computing unit according to claim 1,
The plurality of light sources are
Light sources with different wavelengths,
The optical circuit is
A multiplexer that multiplexes optical signals from the plurality of paths and then sends them to the optical switch;
A demultiplexer that demultiplexes the optical signal that has passed through the optical switch for each wavelength.
請求項3に記載された光演算器において、
前記光回路は、
1つの制御入力に関連する複数の経路の光信号を遅延させる遅延回路を含み、
前記光スイッチは、
前記光回路を通ってきた光信号が遅延しているか否かで信号を通過または遮断する手段を備える
ことを特徴とする光演算器。
In the optical arithmetic unit according to claim 3,
The optical circuit is
A delay circuit for delaying optical signals of a plurality of paths related to one control input;
The optical switch is
An optical computing unit comprising means for passing or blocking a signal depending on whether or not the optical signal that has passed through the optical circuit is delayed.
請求項3又は4に記載された光演算器において、
前記合波器及び前記分波器は、
アレイ導波路回折格子が用いられている
ことを特徴とする光演算器。
In the optical arithmetic unit according to claim 3 or 4,
The multiplexer and the duplexer are:
An optical computing unit using an arrayed waveguide diffraction grating.
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