[发明专利]一种基于ZYNQ的光电混合计算控制系统

说明书

本发明属于FPGA技术领域，具体涉及一种基于ZYNQ的光电混合计算控制系统，包括：上位机、PS端和PL端；所述上位机与所述PS端通过以太网连接，用于对mnist图像数据的预处理并导入以及对PL端处理后的图像数据统计与判断；所述PS端通过DMA接口与PL端连接，用于将预处理后的mnist图像数据下发至PL端和将PL端处理后的数据回收至PS端再回传到上位机；所述PL端用于将PS端下发的mnist图像数据与DAC位宽匹配以及将处理后的图像数据与ADC位宽匹配并还原为mnist数据。本发明设计的光电混合计算系统为光电混合计算提供了一种有效而快速的传输架构，保证了系统的功耗均衡、灵活可靠、结构简洁。

技术领域

本发明属于FPGA技术领域，具体涉及一种基于ZYNQ的光电混合计算控制系统。

背景技术

级联有MZI(Mach-Zehnder interfermeter)的光芯片可以实现任意矩阵的乘法计算，矩阵计算是一种线性计算，但是当前复杂的神经网络中并非只含有单一的矩阵计算。对于一个复杂的神经网络而言，会引入非线性计算，虽然这会使得神经网络的输入输出不再是简单的线性关系，但是却提高了神经网络的拟合度，更利于解决复杂的问题。此外，光学计算中，MZI的数量随着向量中的元素数量N呈N²增长，这将导致光子电路尺寸的增加，从而带来更多的损耗和噪声。这就表示光无法单独实现一个复杂的神经网络，需要通过电学平台来实现光无法完成的非线性计算。

光除了无法完成非线性计算，在数据存储方面也存在着问题。光信号经过传输后会消散，当前解决的方案是使用相变材料。相变材料有晶态和非晶态两种状态，这两种状态类似于电学中的高低电平是可以相互转化的，基于这种特实现信号的存储。但是相变材料的晶态和非晶态间的转换需要消耗很高的能量，且晶态和非晶态不是完全离散的状态，同时存在着阈值界定问题，难以实际应用。所以，光电混合计算中，数据存储仍需在电学平台中完成。

其次，集成电路的发展遵循着摩尔定律，然而随着工艺和技术的发展，芯片的集成度将达到极限，光电混合技术提供了一个解决方案，即以电子为信息载体的芯片和以光子为信息载体的芯片共同构建硅光平台。电学计算平台处理后的数据转换为光信号，传输到光学计算平台，完成卷积计算，再将数据传输给电学计算平台完成其他计算，最终完成光电混合计算，提升算力水平。

电学计算平台除了要完成相关的计算外，还需要实现数据处理和光电混合计算的数据传输架构。考虑到电学计算的通用性以及数据的控制，选用FPGA作为电学计算平台。电计算部分通常在GPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable GateArray)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等人工智能芯片上实现。如果使用GPU来实现电计算，存在着功耗高、计算能力不够、开发难度大等问题，如果采用ASIC来实现电计算，则又存在着灵活性差、成本高、开发周期长的问题。

综上所述，现有技术问题是：现有的光电混合计算系统通过GPU来实现电计算，存在着功耗高、计算能力不够、开发难度大等问题，通过ASIC来实现电计算，则又存在着灵活性差、成本高、开发周期长的问题。因此缺乏较好的光电混合计算系统，难以保证在电学计算平台上实现较为通用的神经网络同时完成光电混合计算的数据传输和控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于ZYNQ的光电混合计算控制系统，包括：上位机、PS端和PL端；

所述上位机与所述PS端的一端通过以太网连接，所述上位机用于对mnist图像数据的预处理并导入以及对所述PL端处理后的图像数据统计与判断；

所述PS端的另一端通过DMA接口与所述PL端连接，所述PS端用于将预处理后的mnist图像数据下发至所述PL端和将所述PL端处理后的图像数据回收至PS端再回传到所述上位机，并用于对4通道DAC、ADC相关的寄存器进行配置；