[发明专利]光学数模转换器、信号处理系统及光子神经网络芯片

说明书

本申请提供一种光学数模转换器、信号处理系统及光子神经网络芯片，其中，光学数模转换器包括：光电转换器，用于接收电芯片传来的N比特数字信号，并分别将数字信号中的每一比特的数据转换为对应的光信号，再并行输出与数字信号对应的N路光信号，N为正整数；光衰减器组，用于接收N路光信号中的N‑1路光信号，并对N‑1路光信号进行衰减，得到N‑1路衰减光信号；加法器，用于将N‑1路衰减光信号和N路光信号中除N‑1路光信号之外的一路光信号进行相加，得到模拟光信号。本申请利用光衰减器组对光信号进行衰减，经该光学数模转换器后，输出的模拟光信号的模拟量正比于输入的数字信号的数字量，实现了从数字量到模拟量的转换。

技术领域

本申请涉及光子计算技术领域，具体而言，涉及一种光学数模转换器、信号处理系统及光子神经网络芯片。

背景技术

数模转换器是一种将数字信号转换为模拟信号的设备，在很多电子电路中，信号以数字方式存储和传输，而数模转换器可以将这样的信号转换为模拟信号，从而使得这些信号能够被外界（包括人或者外部设备）识别。数模转换器是连接模拟世界与数字世界的桥梁，在当前的信息爆炸时代，为了满足用户对海量数据的需求以及各个领域对于获取信息质量的要求，数模转换器不断向更高速率、更高精度的方向发展。但截至目前，基于电子技术的数模转换器在带宽、采样速率和量化精度三个关键指标均已接近物理极限，很难在原有架构上实现进一步提升。同时，高精度、高速率的数模转换器受制于国外，且市场上对于频率达到GHz的高速数模转换器和模数转换器，价格十分昂贵。

作为一种完全不同于电子计算的技术，光学计算以光子为信息处理载体，依赖光硬件而非电子硬件，以光运算代替电运算，能够快速并行处理高度复杂的计算任务，但是，目前的光子芯片仍不能实现全光计算，依旧需要与电子芯片协作。在光子芯片与电子芯片协作过程中，需要面临将电子芯片的数字信号转换为光子芯片所需模拟光信号的技术难题，且由于硅基上很难做放大器，光上的数模转换器遭受技术瓶颈。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种光学数模转换器、信号处理系统及光子神经网络芯片，利用光衰减器实现光上的数模转换功能，克服了电域数模转换器的速率瓶颈，光域数模转换器的处理速率得到显著提升。

第一方面，本申请实施例提供一种光学数模转换器，包括：光电转换器，用于接收电芯片传来的N比特数字信号，并分别将所述数字信号中的每一比特的数据转换为对应的光信号，再并行输出与所述数字信号对应的N路光信号，N为正整数；光衰减器组，用于接收所述N路光信号中的N-1路光信号，并对所述N-1路光信号进行衰减，得到N-1路衰减光信号；加法器，用于将所述N-1路衰减光信号和所述N路光信号中除所述N-1路光信号之外的一路光信号进行相加，得到模拟光信号。

上述方案利用光衰减器组对光信号进行衰减，在光学数模转换器中，输出的模拟光信号的模拟量正比于输入的数字信号的数字量，实现了从数字量到模拟量的转换。由于该光学数模转换器是基于光衰减器来间接实现信号的放大，相较于放大器而言，能够有效地减少功耗，同时，光学数模转换器相较于基于电子技术的数模转换器而言，精度、速率更高，成本更低。

在第一方面的一种实施方式中，所述光衰减器组包括M个光衰减器，N比特数字信号与光衰减器的数目M具有如下关系：N-1≤M，其中，每个光衰减器只对一路光信号进行处理，M为正整数。

电芯片中的处理算法应当控制向光电转换器输出的数字信号的比特数小于等于M+1，从而使数字信号与光衰减器的数目满足上述关系，M个光衰减器能够最多对M路光信号进行衰减。

在第一方面的一种实施方式中，所以光衰减器组中的每个光衰减器的衰减比例互不相同，且多个衰减器间的衰减比例成2^-1的等比关系，其中，所述光衰减器的最小衰减比例为1/2。