[发明专利]光电计算系统

权利要求书

1.一种光电计算系统，包括：

第一单元，被配置以产生多个调制器控制信号；

处理单元，包括：

光源，被配置以提供多个光输出；

多个光调制器，耦接至所述光源和所述第一单元，所述多个光调制器被配置以通过基于所述多个调制器控制信号调制由所述光源所提供的所述多个光输出，来产生光输入向量，所述光输入向量包括多个光信号；以及

矩阵乘法单元，耦接至所述多个光调制器和所述第一单元，所述矩阵乘法单元被配置以基于多个权重控制信号，将所述光输入向量转换成模拟输出向量；

第二单元，耦接至所述矩阵乘法单元，并且所述第二单元被配置以将所述模拟输出向量转换成数字输出向量；以及

控制器，包括集成电路，被配置以执行以下操作：

接收人工神经网络计算请求，所述人工神经网络计算请求包括输入数据集，所述输入数据集包括第一数字输入向量；

接收第一多个神经网络权重；以及

通过所述第一单元，基于所述第一数字输入向量产生第一多个调制器控制信号，并且基于所述第一多个神经网络权重产生第一多个权重控制信号；

其中所述第一单元、所述处理单元、所述第二单元以及所述控制器被用于在多个迭代中重复的光电处理循环，并且所述光电处理循环包括：

(1)基于所述多个调制器控制信号中的至少一个的至少第一光调制操作，以及基于所述权重控制信号中的至少一个的至少第二光调制操作，以及

(2)电求和操作。

2.根据权利要求1所述的光电计算系统，其中所述第一单元、所述处理单元、所述第二单元以及所述控制器被设置在多芯片模块或集成电路中的至少一者上，以及

接收人工神经网络计算请求包括从第二数据处理器接收人工神经网络计算请求，其中所述第二数据处理器在所述多芯片模块或所述集成电路的外部，所述第二数据处理器通过通信信道耦接至所述多芯片模块或所述集成电路，并且所述处理单元被配置为以比所述通信信道的数据速率大至少一数量级的数据速率来处理数据。

3.根据权利要求1所述的光电计算系统，其中所述矩阵乘法单元包括被配置以执行所述电求和操作的电求和模块，

其中所述电求和模块被配置以产生对应所述模拟输出向量的元素的电流，所述模拟输出向量表示所述光输入向量的相应元素乘以相应神经网络权重的总和。

4.根据权利要求1所述的光电计算系统，其中所述矩阵乘法单元包括：

输入波导阵列，被配置以接收所述光输入向量，并且所述光输入向量包括第一光信号阵列；

光干涉单元，与所述输入波导阵列光学通信，被配置以执行将所述光输入向量转换成第二光信号阵列的线性转换；以及

输出波导阵列，与所述光干涉单元光学通信，被配置以引导所述第二光信号阵列，其中在所述输入波导阵列中的至少一个输入波导通过所述光干涉单元与在所述输出波导阵列中的每一个输出波导光学通信。

5.根据权利要求4所述的光电计算系统，其中所述光干涉单元包括：

多个互连马赫曾德尔干涉仪(MZI)，所述多个互连MZI中的每一个MZI包括：

第一相移器，被配置以改变MZI的分离比；以及

第二相移器，被配置以位移MZI的一个输出的相位，

其中所述第一相移器和所述第二相移器耦接至所述多个权重控制信号。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电计算系统，其中所述矩阵乘法单元包括：

多个复制模块，其中所述复制模块的每一个对应所述光输入向量的一个或多个光信号的子集，并且被配置以将一个或多个光信号的所述子集分成所述光信号的两个或更多个副本；

多个乘法模块，其中所述乘法模块的每一个对应一个或多个光信号的子集，并且被配置以使用光幅度调制将所述子集的所述一个或多个光信号乘以一个或多个矩阵元素值；以及

一个或多个求和模块，其中每一个求和模块被配置以产生电信号，所述电信号表示所述乘法模块的两个或更多个的结果的总和。