光学数模转换器、信号处理系统及光子神经网络芯片技术方案

技术编号:24330047 阅读:28 留言:0更新日期:2020-05-29 19:18
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。

【技术实现步骤摘要】
光学数模转换器、信号处理系统及光子神经网络芯片
本申请涉及光子计算
,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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。在第一方面的一种实施方式中,所述光电转换器包括M+1个输出端;所述光电转换器中的M个输出端与所述光衰减器组中的M个光衰减器一一连接,其中,所述光电转换器的所述M个输出端分别为数字信号中的第二高比特位数据至最低比特位数据的输出端。在第一方面的一种实施方式中,所述光电转换器中第二高比特位数据至最低比特位数据的输出端与具有最大衰减比例至具有最小衰减比例的光衰减器按序连接。在第一方面的一种实施方式中,所述光电转换器中除所述M个输出端之外的一个输出端与所述加法器连接,与所述加法器连接的所述输出端用于向所述加法器输出所述N路光信号中除所述N-1路光信号之外的一路光信号。在第一方面的一种实施方式中,所述光电转换器中的与所述加法器连接的所述输出端为数字信号中的最高比特位数据的输出端。在第一方面的一种实施方式中,所述光电转换器中的M个输出端与所述光衰减器组中的M个光衰减器之间,所述光电转换器中的除所述M个输出端之外的输出端与所述加法器之间,以及所述M个光衰减器与所述加法器之间均通过硅波导相连。通过硅波导在光学数模转换器中形成M+1条独立传输的光路,每条光路传输一路光信号。第二方面,本申请实施例提供一种信号处理系统,包括:电芯片、如第一方面所述的光学数模转换器和光子芯片;所述电芯片用于将携带有信息的数字信号发送给所述光学数模转换器,所述光学数模转换器用于接收所述数字信号,并将所述数字信号转换为模拟光信号,然后将所述模拟光信号输出给所述光子芯片,所述光子芯片用于基于所述模拟光信号中携带的信息进行运算。第三方面,本申请实施例提供一种光子神经网络芯片,所述光子神经网络芯片上设有处理装置以及如第一方面所述的光学数模转换器,所述光学数模转换器用于接收电芯片传来的数字信号,并将所述数字信号转换为模拟光信号,然后将所述模拟光信号发送给所述处理装置,所述处理装置用于基于所述模拟光信号中携带的信息进行运算。光学数模转换器可以集成在光子芯片上,与处理装置一同整合至一个独立的微芯片中,形成光子神经网络芯片,以实现片上数模转换功能。光学数模转换器作为光子神经网络芯片的前端,用于对输入的数字信号进行预处理。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为现有技术中基于电子技术的数模转换器的简单示意图;图2为本申请实施例提供的光学数模转换器的结构示意图;图3为本申请实施例提供的光学数模转换器的另一结构示意图;图4为本申请实施例中某一个具体的光学数模转换器的结构示意图;图5为本申请实施例提供的光子神经网络芯片的示意图;图6为本申请实施例提供的信号处理系统的示意图。图标:110-光电转换器;120-光衰减器组;130-加法器;100-光学数模转换器;210-处理装置;310-电芯片;320-光子芯片。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述。光子计算使用光来提供算力,可对算力带来显著的提升,同时,由于在硅片上用光信号替代电子信号来传输数据,可大大提升信号传输速度,降低功耗。鉴于光子芯片相较于传统的电子数字处理芯片而言,在计算速率、功耗等方面具有巨大优势,且目前的光子芯片仍需要依赖于与电芯片的协作,本实施例由此提供一种光学数模转换器。电芯片处理的是数字信号,而光子芯片处理的是模拟光信号,因此,电芯片与光子芯片之间的信号传输需要在数字信号与模拟光信号之间相互转换,在本实施例中,电芯片与光子芯片之间通过光学数模转换器进行信号转换。为便于理解本技术方案,先对现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学数模转换器,其特征在于,包括:/n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;/n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;/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学数模转换器,其特征在于,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。


2.根据权利要求1所述的数模转换器,其特征在于,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。


3.根据权利要求1所述的数模转换器,其特征在于,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。


4.根据权利要求2所述的数模转换器,其特征在于,所述光电转换器包括M+1个输出端;所述光电转换器中的M个输出端与所述光衰减器组中的M个光衰减器一一连接,其中,所述光电转换器的所述M个输出端分别为数字信号中的第二高比特位数据至最低比特位数据的输出端。


5.根据权利要求4所述的数模转换器,其特征在于,所述光电转换器中第二高比特位数据至最低比特位数据的输出端与具有最大衰减比例至具有最小衰减比例的光衰减器按序连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵斌白冰李智吴建兵
申请(专利权)人:光子算数北京科技有限责任公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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