[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：

存储单元，被配置以储存数据集和多个神经网络权重；

驱动器单元，被配置以产生多个调制器控制信号和产生多个权重控制信号；

光处理器，包括：

光源，被配置以产生多个光输出；

多个光调制器，耦接至所述光源和所述驱动器单元，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产生的多个光输出，来产生光输入向量；

矩阵乘法单元，耦接至所述多个光调制器和所述驱动器单元，所述矩阵乘法单元被配置以基于所述多个权重控制信号将所述光输入向量转换成光输出向量；以及

光电检测单元，耦接至所述矩阵乘法单元，并且被配置以产生对应所述光输出向量的多个输出电压；

比较器单元，耦接至所述光电检测单元，并且被配置以将所述多个输出电压转换成多个数字1位光输出；以及

控制器，包括集成电路，所述集成电路被配置以执行以下操作：

从计算机接收包括输入数据集和第一多个神经网络权重的人工神经网络计算请求，其中所述输入数据集包括具有N位分辨率的第一数字输入向量；

在所述存储单元中储存所述输入数据集和所述第一多个神经网络权重；

将所述第一数字输入向量分解为N个1位输入向量，所述N个1位输入向量中的每一个对应所述第一数字输入向量的N位中的一个；

通过所述驱动器单元产生对应所述N个1位输入向量的N个1位调制器控制信号的序列；

从所述比较器单元得到对应N个1位调制器控制信号的序列的N个数字1位光输出的序列；

从所述N个数字1位光输出的序列建构N位数字输出向量；

对建构的N位数字输出向量执行非线性转换，以产生转换N位数字输出向量；以及

在所述存储单元中储存所述转换N位数字输出向量。

2.根据权利要求1所述的光电计算系统，其中所述存储单元、所述驱动器单元、所述光处理器、所述比较器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

其中所述计算机在所述多芯片模块或所述集成电路的外部，所述计算机通过通信信道耦接至所述多芯片模块或所述集成电路，并且所述光处理器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或2所述的光电计算系统，其中所述系统具有第一循环时段，所述第一循环时段被定义为在所述存储单元中储存所述输入数据集和所述第一多个神经网络权重的步骤与在所述存储单元中储存所述转换N位数字输出向量的步骤之间所经过的时间，以及

其中所述第一循环时段小于或等于1ns。

4.根据权利要求1或2所述的光电计算系统，其中所述驱动器单元包括数字模拟转换(DAC)单元，所述人工神经网络计算请求进一步包括第二多个神经网络权重，并且其中所述操作进一步包括：

通过所述DAC单元，基于所述第一转换数字输出向量产生第二多个调制器控制信号，以及

基于所述第一多个数字输出和所述第二多个神经网络权重，通过所述DAC单元产生第二多个权重控制信号，

其中所述第一多个神经网络权重和所述第二多个神经网络权重对应人工神经网络的不同层。

5.根据权利要求1或2所述的光电计算系统，其中所述控制器的所述集成电路被配置以大于或等于8GHz的速率产生所述调制器控制信号。

6.根据权利要求1或2所述的光电计算系统，其中所述光源被配置以产生多个波长，

其中所述多个光调制器包括：

光调制器组，被配置以产生多个光输入向量，每一个光调制器组对应所述多个波长之一，并且产生具有相应波长的相应光输入向量；以及

光多路复用器，被配置以将所述多个光输入向量组合成包括所述多个波长的组合光输入向量。

7.根据权利要求1或2所述的光电计算系统，其中所述存储单元包括：

数字输入向量存储器，被配置以储存所述数字输入向量，并且包括至少一个SRAM；以及

神经网络权重存储器，被配置以储存所述多个神经网络权重，并且包括至少一个DRAM。