计算装置、计算方法以及计算系统制造方法及图纸

提供了一种计算装置，包括：输入端口，用于接收第一光信号；矩阵计算单元，具有传输矩阵，并被配置为利用所述传输矩阵对所述第一光信号进行处理以得到第二光信号，其中，所述第二光信号具有复振幅，所述传输矩阵是酉矩阵(M′)；实部获取单元，光学地耦接到所述矩阵计算单元，并被配置用于从所述第二光信号获得代表所述第二光信号的复振幅的实部的第三光信号；输出端口，用于输出光信号。

【技术实现步骤摘要】
计算装置、计算方法以及计算系统
本公开涉及计算装置、计算方法以及计算系统。
技术介绍
在作为现在人工智能最热门研究领域之一的深度学习中，涉及到大量矩阵相乘。用光来进行矩阵运算是新兴的研究方向之一。然而，在现有技术的进行矩阵运算的光芯片存在多种问题。因此，在现有技术中存在对改善的计算装置、计算方法以及计算系统的需求。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，提供了一种计算装置，包括：输入端口，用于接收第一光信号；矩阵计算单元，具有传输矩阵，并被配置为利用所述传输矩阵对所述第一光信号进行处理以得到第二光信号，其中，所述第二光信号具有复振幅，所述传输矩阵是酉矩阵(M′)；实部获取单元，光学地耦接到所述矩阵计算单元，并被配置用于从所述第二光信号获得代表所述第二光信号的复振幅的实部的第三光信号；输出端口，用于输出光信号。在一些实施例中，所述酉矩阵的至少一个元素是虚部不为0的复数。在一些实施例中，所述第一光信号包括第一阵列的光，所述第一阵列的光被配置为代表输入矩阵或输入矩阵的向量；所述第二光信号包括第二阵列的光，所述第二阵列的光被配置为代表所述传输矩阵与所述输入矩阵或输入矩阵的向量的乘积；以及所述第三光信号被配置为代表作为所述传输矩阵与所述输入矩阵或输入矩阵的向量的乘积的矩阵的实部。在一些实施例中，所述酉矩阵M′能够被分解为三个子酉矩阵U、∑″和VT的乘积，即，所述酉矩阵M′＝U∑″VT，其中U和VT为酉矩阵，∑″为主对角线上的至少一个元素是虚部不为0的复数的酉矩阵。在一些实施例中，∑″的主对角线上的所有元素各自的模都为1。在一些实施例中，所述酉矩阵M′是根据待与所述输入矩阵或所述输入矩阵向量相乘的目标矩阵M确定的，其中所述目标矩阵M是实矩阵；所述目标矩阵M能够被奇异值分解为M＝U∑VT，其中U和VT为实单位正交阵，其中∑为实对角矩阵，仅在主对角线上有非0元素，其它元素均为0，其中∑″是通过对∑的主对角线上的至少一个元素附加虚部而得到的。在一些实施例中，所述酉矩阵是根据待与所述输入矩阵或所述输入矩阵向量相乘的目标矩阵M确定的，其中所述目标矩阵M是实矩阵；所述目标矩阵M能够被奇异值分解为M＝U∑VT，其中U和VT为实单位正交阵，其中∑为实对角矩阵，仅在主对角线上有非0元素，其它元素均为0，其中∑″是通过如下获得的：将∑除以系数α，以使得∑的所有元素都小于或等于1；以及对被除以系数α的∑的主对角线上的至少一个元素附加虚部。在一些实施例中，∑具有在主对角线上的元素σk，∑″中与元素σk对应的元素为(σk+iσlk)，其中i表示虚数，其中l和k是正整数。在一些实施例中，∑具有在主对角线上的元素σk，∑″中与元素σk对应的元素为(σ′k+iσ′lk)，其中i表示虚数，其中l和k是正整数。在一些实施例中，所述实部获取单元被配置为：针对所述第二阵列的光中的每一个成员，利用参考光，生成代表该成员的复振幅的实部的输出光。在一些实施例中，所述实部获取单元被配置为：针对所述第二阵列的光中的两个成员，生成代表该两个成员的各自的复振幅的实部的对应输出光。在一些实施例中，所述矩阵计算单元包括下列中的一个或者多个：马赫贞德干涉仪(MZI)，多模干涉器，定向耦合器，光子晶体，微环谐振器，或上述任意装置的任意组合。在一些实施例中，所述实部获取单元包括下列中的一个或多个：多模干涉器，定向耦合器，其他能够实现光-光干涉的组件，或上述任意装置的任意组合。在一些实施例中，下列中的一个或多个：所述输入端口被配置为从光输入单元接收光信号；以及所述输出端口被配置为光学地耦接到下列中的一个或多个：光探测器，非线性光学单元，另一矩阵计算单元，或上述任意装置的任意组合。在一些实施例中，所述计算装置还包括：另外的矩阵计算单元，具有另外的传输矩阵，并被配置为利用所述另外的传输矩阵对输入的光信号进行处理以得到输出的光信号，其中，所述另外的矩阵计算单元被配置用于接收所述第一、第二和第三光信号中的任意一个。在一些实施例中，所述另外的传输矩阵是酉矩阵，该酉矩阵的至少一个元素是虚部不为0的复数，所述输出的光信号具有复振幅。在一些实施例中，所述矩阵计算单元仅包括一个马赫贞德干涉仪(MZI)来实现其传输矩阵M’。在一些实施例中，所述矩阵计算单元仅包括一个马赫贞德干涉仪(MZI)来实现其传输矩阵M’，其中用于实现表示传输矩阵M’的MZI所包括的MZI单元的最少数量与能够用于实现表示矩阵U或V中维度较高一个的MZI所包括的MZI单元的最少数量相等。根据本公开一个方面，还提供了一种计算方法，包括：利用传输矩阵，对所述第一光信号进行处理以得到第二光信号，其中，所述第二光信号具有复振幅，所述传输矩阵是酉矩阵；以及从所述第二光信号获得代表所述第二光信号的复振幅的实部的第三光信号。在一些实施例中，所述酉矩阵的至少一个元素是虚部不为0的复数。在一些实施例中，所述第一光信号包括第一阵列的光，所述第一阵列的光被配置为代表输入矩阵或输入矩阵的向量；以及所述第二光信号包括第二阵列的光，所述第二阵列的光被配置为代表所述传输矩阵与所述输入矩阵或所述输入矩阵的向量的乘积；以及所述第三光信号被配置为代表作为所述传输矩阵与所述输入矩阵或所述输入矩阵的向量的乘积的矩阵的实部。在一些实施例中，所述酉矩阵M′能够被分解为三个子酉矩阵U、∑″和VT的乘积，即，所述酉矩阵M′＝U∑″VT，其中U和VT为酉矩阵，∑″为主对角线上的至少一个元素是虚部不为0的复数的酉矩阵。在一些实施例中，∑″的主对角线上的所有元素各自的模都为1。在一些实施例中，所述酉矩阵M′是根据待与所述输入矩阵或其向量相乘的目标矩阵M确定的，其中所述目标矩阵M是实矩阵；所述目标矩阵M能够被奇异值分解为M＝U∑VT，其中U和VT为实单位正交阵，其中∑为实对角矩阵，仅在主对角线上有非0元素，其它元素均为0，其中∑″是通过对∑的主对角线上的至少一个元素附加虚部而得到的。在一些实施例中，所述酉矩阵M′是根据待与所述输入矩阵或其向量相乘的目标矩阵M确定的，其中所述目标矩阵M是实矩阵；所述目标矩阵M能够被奇异值分解为M＝U∑VT，其中U和VT为实单位正交阵，其中∑为实对角矩阵，仅在主对角线上有非0元素，其它元素均为0，其中∑″是通过如下获得的：将∑除以系数α，以使得∑的所有元素都小于或等于1；以及对被除以系数α的∑的主对角线上的至少一个元素附加虚部。在一些实施例中，∑具有在主对角线上的元素σk，∑″中与元素σk对应的元素为(σk+iσlk)，其中i表示虚数，在一些实施例中，∑具有在主对角线上的元素σk，∑″中与元素σk对应的元素为(σ′k+iσ′lk)，其中i表示虚数，在一些实施例中，所述从所述第二光信号获得代表所述第二光信号的复振幅的实部的第三光信号包括：针对所述第二阵列的光中的每一个成员，利用参考光，生成代表该成员的复振幅的实部的输出光。在一些实施例中，所述从所述第二光信号获得代表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算装置，其特征在于，包括：/n输入端口，用于接收第一光信号；/n矩阵计算单元，具有传输矩阵，并被配置为利用所述传输矩阵对所述第一光信号进行处理以得到第二光信号，其中，所述第二光信号具有复振幅，所述传输矩阵是酉矩阵(M′)；/n实部获取单元，光学地耦接到所述矩阵计算单元，并被配置用于从所述第二光信号获得代表所述第二光信号的复振幅的实部的第三光信号；/n输出端口，用于输出光信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种计算装置，其特征在于，包括：
输入端口，用于接收第一光信号；
矩阵计算单元，具有传输矩阵，并被配置为利用所述传输矩阵对所述第一光信号进行处理以得到第二光信号，其中，所述第二光信号具有复振幅，所述传输矩阵是酉矩阵(M′)；
实部获取单元，光学地耦接到所述矩阵计算单元，并被配置用于从所述第二光信号获得代表所述第二光信号的复振幅的实部的第三光信号；
输出端口，用于输出光信号。


2.如权利要求1所述的计算装置，其特征在于，其中：
所述酉矩阵的至少一个元素是虚部不为0的复数。


3.如权利要求1所述的计算装置，其特征在于，其中：
所述第一光信号包括第一阵列的光，所述第一阵列的光被配置为代表输入矩阵或输入矩阵的向量；
所述第二光信号包括第二阵列的光，所述第二阵列的光被配置为代表所述传输矩阵与所述输入矩阵或输入矩阵的向量的乘积；以及
所述第三光信号被配置为代表作为所述传输矩阵与所述输入矩阵或输入矩阵的向量的乘积的矩阵的实部。


4.如权利要求1-3中任一项所述的计算装置，其特征在于，其中：
所述酉矩阵M′能够被分解为三个子酉矩阵U、∑″和VT的乘积，即，所述酉矩阵M′＝U∑″VT，
其中U和VT为酉矩阵，∑″为主对角线上的至少一个元素是虚部不为0的复数的酉矩阵。


5.如权利要求4所述的计算装置，其特征在于，其中：
∑′′的主对角线上的所有元素各自的模都为1。


6.如权利要求4所述的计算装置，其特征在于，其中：
所述酉矩阵M′是根据待与所述输入矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野，赵洋，刘胜平，王玮，李强，冯俊波，郭进，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50