[发明专利]光子处理器架构

说明书

描述了光子处理器。本文中所述的光子处理器被配置成执行矩阵乘法(例如，矩阵向量乘法)。矩阵乘法被分解为标量乘法和标量加法。一些实施方式涉及用于在光域中执行标量加法的装置。例如，一个光学加法器包括具有多个移相器和相干检测器的干涉仪。利用这些光学加法器的高速特性，一些处理器的速度足以支持频率为数十千兆赫的时钟，这代表了超越传统电子处理器的重大改进。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2020年4月27日提交的代理人案卷号为L0858.70028US00并且题为“VCSEL-BASED INTEGRATED OPTICAL-ELECTRONIC COMPUTING”的美国临时专利申请序列号63/016,127；于2020年10月7日提交的代理人案卷号为L0858.70033US00并且题为“PHOTONICS PROCESSOR ARCHITECTURE”的美国临时专利申请序列号63/088,915；于2020年10月15日提交的代理人案卷号为L0858.70033US01并且题为“PHOTONIC ADDER”的美国临时专利申请序列号63/092,289；以及于2020年11月16日提交的代理人案卷号为L0858.70033US02并且题为“SEGMENTED COHERENT PHOTONIC ADDER FORPHOTONIC ALGEBRA ACCELERATION”的美国临时专利申请序列号63/114,387的权益，上述申请中的每一个在本文中通过引用整体并入本文中。

背景技术

深度学习、机器学习、潜变量模型、神经网络和其他基于矩阵的可微分程序被用来解决各种问题，包括自然语言处理和图像中的对象识别。用深度神经网络解决这些问题通常需要很长的处理时间来执行所需的计算。在解决这些问题时计算最密集的操作往往是数学矩阵操作例如矩阵乘法。

发明内容

一些实施方式涉及被配置成执行矩阵乘法的光子处理器，该光子处理器包括：被配置成产生指示第一输入值的第一输入信号的第一编码器和被配置成产生指示第二输入值的第二输入信号的第二编码器；第一乘法器，被配置成基于第一输入信号产生指示第一输入值与第一矩阵值的第一乘积的第一输出信号；第二乘法器，被配置成基于第二输入信号产生指示第二输入值与第二矩阵值的第二乘积的第二输出信号；光学加法器，被配置成接收光并基于第一输出信号和第二输出信号产生指示第一乘积与第二乘积的和的累积信号；以及接收器，其被配置成基于累积信号产生指示和的输出值。

在一些实施方式中，光学加法器包括第一光学移相器和第二光学移相器，并且其中，光子处理器还包括数字控制器，该数字控制器被配置成：基于第一输出信号控制第一光学移相器，以及基于第二输出信号控制第二光学移相器。

在一些实施方式中，第一光学移相器和第二光学移相器被光学地串联连接。

在一些实施方式中，光学加法器还包括耦接至第二光学移相器的相干检测器。

在一些实施方式中，光学加法器还包括第一波导和第二波导，其中，第一光学移相器和第二光学移相器被内置到第一波导中，并且其中，第一波导和第二波导被提供作为相干检测器的输入端。

在一些实施方式中，光学加法器还包括耦接至第一波导和第二波导的分束器。

在一些实施方式中，第一编码器是第一光学编码器，其使得第一输入信号是第一光学输入信号，并且第二编码器是第二光学编码器，其使得第二输入信号是第二光学输入信号。

在一些实施方式中，第一乘法器包括第一可调制检测器，使得第一输出信号是第一电输出信号，并且第二乘法器包括第二可调制检测器，使得第二输出信号是第二电输出信号。

在一些实施方式中，第一可调制检测器具有可调制响应度，其中，第一可调制检测器被配置成通过基于第一矩阵值设置可调制响应度而产生第一输出信号。