[发明专利]一种光子神经网络卷积加速芯片

权利要求书

1.一种光子神经网络卷积加速芯片，其特征在于，所述芯片由调制器、1×2光耦合器、2个波分延时加权单元及平衡光电探测器一体化集成；其中：

所述调制器具有1个电输入端、1个光输入端及1个光输出端，光输入端为整个芯片的光输入端，用于接收外部多波长光信号，光输出端连接1×2光耦合器的输入端；电输入端用于接收外部待卷积信号，所述待卷积信号是一维信号，待卷积信号通过所述调制器强度调制输入调制器的多波长光信号，得到包含O个子强度调制光信号的多波长强度调制光信号；

所述1×2光耦合器的2个输出端分别连接两个波分延时加权单元的输入端；用于将多波长强度调制光信号均分为两路，并分别送入2个波分延时加权单元；

每个波分延时加权单元由1个回环结构阵列波导光栅与M个幅度调节延时单元组成；所述回环结构阵列波导光栅包含M个回环，每个回环中连接一个幅度调节延时单元，所述幅度调节延时单元由幅度调节器与延时波导串联组成；所述2个波分延时加权单元用于分别根据控制信号控制所述波分延时加权单元中M个幅度调节器的传输特性，分别实现O个子强度调制光信号的幅度调节，最后分别输出第一加权强度调制光信号与第二加权强度调制光信号；所述波分延时加权单元中的M个回环以第1个回环为参考，其余回环中的延时波导长度依次增加∆L=c∆t/n_w，其中c为光在真空中速度，n_w为波导延迟线有效折射率，∆t=1/S_M为待卷积信号单个符号持续时间，S_M为待卷积信号符号速率；

所述平衡光电探测器具有2个光输入端，1个电输出端，2个光输入端分别与2个波分延时加权单元的光输出端连接，用于对第一加权强度调制光信号与第二加权强度调制光信号进行光电转换，得到电输出信号，所述电输出信号即为待卷积信号完成卷积运算后得到的特征信号；所述芯片的工作流程是：首先，待卷积信号通过所述调制器强度调制输入调制器的多波长光信号，将待卷积信号分别加载到多波长光信号的不同载波上，得到包含O个子强度调制光信号的多波长强度调制光信号；多波长强度调制光信号通过1×2光耦合器均分为两路，分别送入1个波分延时加权单元，根据控制信号分别控制所述波分延时加权单元中M个幅度调节器的传输特性，分别实现O个子强度调制光信号的幅度调节，最后在2个波分延时加权单元输出端得到第一加权强度调制光信号与第二加权强度调制光信号；最后将第一加权强度调制光信号与第二加权强度调制光信号分别送入平衡光电探测器完成光电转换，得到电输出信号，此信号即为待卷积信号完成卷积运算后得到的特征信号。

2.如权利要求1所述的光子神经网络卷积加速芯片，其特征在于，所述幅度调节器是半导体光放大器、半导体光衰减器、微环谐振器、电光强度调制器、热光强度调制器中的一种或多种；当所述芯片基于三五族材料集成工艺一体化集成时，所述幅度调节器采用半导体光放大器、电光强度调制器、热光强度调制器中的一种或多种，当所述芯片基于硅基集成工艺一体化集成时，所述幅度调节器采用半导体光衰减器、微环谐振器、电光强度调制器、热光强度调制器中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的光子神经网络卷积加速芯片，其特征在于，所述根据控制信号控制所述波分延时加权单元中M个回环中幅度调节器的传输特性，分别实现O个子强度调制光信号的幅度调节，具体为：通过热光效应或电光效应控制幅度调节器对特定波长信号的放大或衰减，分别实现O个子强度调制光信号的幅度调节。

4.如权利要求1所述的光子神经网络卷积加速芯片，其特征在于，所述M个回环分别对应多波长强度调制光信号中的不同波长子强度调制光信号。

5.如权利要求1所述的光子神经网络卷积加速芯片，其特征在于，所述第一加权强度调制光信号与第二加权强度调制光信号通过平衡探测器完成光电探测实现任意实数卷积核矩阵系数。