[发明专利]一种光学神经网络处理器及其计算方法

权利要求书

1.一种光学神经网络处理器，包括：

数值映射装置，用于实现一个数值与可由光神经元表示的整数域内的数值之间的映射，其包括：

根据光神经元所要表示的数值的最大值W_max，计算映射的转换倍数α＝2ⁿ/W_max，其中n为光神经元的位宽，并且将一个数值修改为其原值的α倍，并且将修改后的数值中的非整数转换为整数，或者

根据光神经元所要表示的数值的最大值W_max和最小值W_min，将最大值W_max和最小值W_min之间的范围区间划分为2ⁿ-1个子区间，每个子区间与一个可由n bit所表示的整数相对应，其中n为光神经元的位宽，并且根据一个数值所处的子区间，采用相应的整数来表示所述数值；

正值光学计算装置，用于根据由光神经元表示的整数域内的输入值与权值执行神经网络模型的网络层的相应计算，以得到第一计算结果的光信号；

负值光学计算装置，用于根据由光神经元表示的整数域内的输入值与权值执行神经网络模型的网络层的相应计算，以得到第二计算结果的光信号；

光电转换器，用于将所述第一计算结果和所述第二计算结果的光信号转换为电信号；

减法器，用于提供与所述第一计算结果的电信号和所述第二计算结果的电信号之间的电位差，以作为相应的网络层的计算结果；

非线性激活装置，用于对相应的网络层的计算结果的电信号执行非线性激活。

2.根据权利要求1所述的处理器，其中所述正值光学计算装置，包括：至少一个用于产生光信号的激光器、至少一组正输入调制器和正权值调制器和正值光线聚合器；其中，

所述正输入调制器，用于接收光信号，并在与所述网络层的输入特征值对应的电信号的控制下针对所述输入特征值中的正值执行光路调制，获得承载所述输入特征值中的正值的光信号；

正权值调制器，用于接收来自所述正输入调制器的光信号，并在与所述网络层的权值对应的电信号的控制下针对所述权值中的正值执行光路调制，获得承载所述输入特征值中的正值和所述权值中的正值的乘法结果的光信号；

正值光线聚合器，用于对多个所述正权值调制器输出的光信号进行聚合，获得承载多个相应乘法结果的累加结果的光信号，以作为所述第一计算结果的光信号。

3.根据权利要求1所述的处理器，其中所述负值光学计算装置，包括：至少一个用于产生光信号的激光器、至少一组负输入调制器和负权值调制器和负值光线聚合器；其中，

所述负输入调制器，用于接收光信号，并在与所述网络层的输入特征值对应的电信号的控制下针对所述输入特征值中的负值执行光路调制，获得承载所述输入特征值中的负值的光信号；

负权值调制器，用于接收来自所述负输入调制器的光信号，并在与所述网络层的权值对应的电信号的控制下针对所述权值中的负值执行光路调制，获得承载所述输入特征值中的负值和所述权值中的负值的乘法结果的光信号；

负值光线聚合器，用于对多个所述负权值调制器输出的光信号进行聚合，获得承载多个相应乘法结果的累加结果的光信号，以作为所述第一计算结果的光信号。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的光学神经网络处理器，其中，所述数值映射装置用于实现从一个float型或double型的数值到可由光神经元表示的无符号位的int型的数值的映射，以及从一个int型的数值到一个float型或double型的数值的映射。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的光学神经网络处理器，其中还包括：误差修正装置，用于根据所述正值光学计算装置和所述负值光学计算装置中的光学元件而确定的针对神经网络模型的相应网络层的计算结果的误差，对所述计算结果进行修正。

6.根据权利要求1所述的光学神经网络处理器，其中所述光神经元所要表示的数值的最大值W_max为通过对神经网络的权值和/或输入特征向量值和/或各个网络层的运算结果进行统计获得。