[发明专利]基于多模干涉的卷积运算装置和卷积运算方法

说明书

本公开提供一种基于多模干涉的卷积运算装置，包括：激光发生模块，用于产生第一激光；数据输入模块，用于将待处理数据调制到第一激光上；延时模块，用于对调制后的第一激光进行延时和分束，得到N束第二激光；至少一个多模干涉耦合器，用于根据预设卷积矩阵同时对N束第二激光进行多模干涉，输出M组光信号；以及探测器阵列包括M个光电探测器，M个光电探测器用于分别接收M组光信号，并探测M组光信号的强度，得到卷积运算结果；其中，M和N为正整数。本公开还提供一种基于多模干涉的卷积运算方法。

技术领域

本公开涉及大数据技术和微波光子学领域，具体涉及一种基于多模干涉的卷积运算装置及其卷积运算方法。

背景技术

卷积运算作为一种可以广泛应用于信号处理、物理学、图像处理、人工智能等领域的大数据运算方法，需要依托于高性能计算机提高数据处理的效率。

随着5G技术、自动驾驶技术以及高速网络系统的发展，需要通过卷积运算进行处理的数据量呈指数型的增长。因此，传统的基于冯诺依曼架构的计算机正日益面临着延时、能耗和处理速率的挑战。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本公开提供一种基于多模干涉的卷积运算装置，包括：激光发生模块，用于产生第一激光；数据输入模块，用于将待处理数据调制到所述第一激光上；延时模块，用于对调制后的第一激光进行延时和分束，得到N束第二激光；至少一个多模干涉耦合器，用于根据预设卷积矩阵同时对所述N束第二激光进行多模干涉，输出M组光信号；以及探测器阵列包括M个光电探测器，所述M个光电探测器用于分别接收所述M组光信号，并探测所述M组光信号的强度，得到卷积运算结果；其中，M和N为正整数。

根据本公开实施例，所述多模干涉耦合器包括N个输入端口和M个输出端口；所述多模干涉耦合器，用于通过所述N个输入端口分别接收所述N束第二激光，并分别根据N组预设分光比将所述N束第二激光分束至所述M个输出端口，得到M组光信号；其中，所述N组预设分光比与所述N束第二激光一一对应。

根据本公开实施例，所述预设卷积矩阵包括M个卷积核；所述多模干涉耦合器，用于分别根据所述M个卷积核调整所述N束第二激光的强度，得到M组光信号；其中，所述M个卷积核与所述M组光信号一一对应。

根据本公开实施例，所述多模干涉耦合器包括N个输入波导、M个输出波导和多模干涉区；所述N个输入波导和M个输出波导分别以预设间距安装在所述多模干涉区两侧。

根据本公开实施例，所述多模干涉区包括多个多模干涉单元和多个调控件，所述多个调控件分别用于调整所述多个多模干涉单元中一个多模干涉单元的折射率。

根据本公开实施例，所述多模干涉耦合器还包括N个偏振控制器；所述N个偏振控制器，用于分别控制所述N束第二激光的偏振态。

根据本公开实施例，在所述至少一个多模干涉耦合器包括多个多模干涉耦合器的情况下，所述多个多模干涉耦合器并联。

根据本公开实施例，所述数据输入模块包括：任意波形产生器，用于将待处理数据转换为待处理信号；电光调制器，用于接收待所述处理信号和所述第一激光，将所述待处理信号调制到所述第一激光上。

根据本公开实施例，所述延时模块包括分束器和至少N-1个光延时线，所述待处理数据包括连续输入的N位数据，每位数据持续的时间为一个输入周期；所述分束器用于将调制后的第一激光分为N束，得到N个激光分量；所述至少N-1个光延时线，用于对所述N个激光分量分别进行延时，得到N束第二激光；其中，所述N束第二激光的N-1束第二激光被依次延时一个输入周期，以使所述N位数据同时输入所述多模干涉耦合器。