光计算芯片制造技术

本申请实施例提供一种光计算芯片，该光计算芯片包括依次堆叠的相干耦合

【技术实现步骤摘要】
光计算芯片


[0001]本申请实施例涉及光计算
，尤其涉及一种光计算芯片
。

技术介绍

[0002]随着人工智能
(Artificial intelligence
，
AI)
的高速发展，基于冯诺依曼架构的电子芯片运算速度逐渐难以满足人工智能计算的需求，且电子芯片产生的能耗较高
。
为了提高算力和节约能源，人们开始发展以光为信息载体的光计算芯片
。
[0003]垂直腔面发射激光器
(Vertical
‑
Cavity Surface
‑
Emitting Laser
，
VCSEL)
是一种半导体激光器，具有体积小
、
高速度
、
可寻址
、
可阵列化等优势，被应用在光计算中
。
然而，基于
VCSEL
的光计算需要搭建大体积的光学系统，难以实现整个光计算系统的芯片级集成，极大地制约了其实际应用
。
[0004]需要说明的是，上述内容并不必然是现有技术，也不用于限制本申请的专利保护范围
。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种光计算芯片，以解决或缓解上面提出的一项或更多项技术问题
。
[0006]本申请实施例的一个方面提供了一种光计算芯片，包括依次堆叠的相干耦合
VCSEL
阵列层
、
缓冲层和光探测器层；其中：
[0007]所述相干耦合
VCSEL
阵列层用于将第一电信号转换为第一光信号并输出；
[0008]所述缓冲层用于传播所述第一光信号，所述第一光信号在传播过程中相互耦合形成输出信号；
[0009]所述光探测器层用于获取输出信号的输出光强，并将所述输出光强转换为第二电信号输出
。
[0010]可选地，所述相干耦合
VCSEL
阵列层包括多组
VCSEL
器件，每组
VCSE L
器件包括多个
VCSEL
单元，同一组
VCSEL
器件中的
VCSEL
单元相干耦合，不同组
VCSEL
器件中的
VCSEL
单元不相干耦合；
[0011]其中，同一组
VCSEL
器件中的多个
VCSEL
单元发出的第一光信号相互耦合，且相位锁定
。
[0012]可选地，所述光探测器层包括多个光探测器，多个光探测器和多组
VCSE L
器件一一对应，每个光探测器用于获取对应
VCSEL
器件的输出光强；
[0013]其中，所述输出光强根据每个
VCSEL
单元发出的第一光信号的强度
、
每个
VCSEL
单元之间的相干度和每个第一光信号之间的相位差确定
。
[0014]可选地，每个
VCSEL
单元发出的第一光信号的强度和相位根据相应
VCS EL
单元的注入电流确定；
[0015]对应地，所述输出光强根据每个
VCSEL
单元的注入电流确定
。
[0016]可选地，所述第一
VCSEL
单元和所述第二
VCSEL
单元相干耦合，所述第一
VCSEL
单元发出的第一光信号和所述第二
VCSEL
单元发出的第一光信号相互耦合，且所述第一
VCSEL
单元发出的第一光信号和所述第二
VCSEL
单元发出的第一光信号相位锁定
。
[0017]可选地，每组
VCSEL
器件与对应的光探测器共同用于模拟生物神经网络中一个神经元的功能，其中：
[0018]一组
VCSEL
器件用于模拟神经元中一个突触结构的权重调节功能；其中，第一
VCSEL
单元用于产生输入信号；第二
VCSEL
单元用于对所述输入信号施加权重，以形成相应的输出信号；
[0019]光探测器用于模拟神经元中胞体结构的累加功能
。
[0020]可选地，所述第一
VCSEL
单元用于输出第一时序光信号，所述第一时序光信号根据所述第一电信号转换得到；
[0021]所述第二
VCSEL
单元用于输出第二时序光信号，所述第二时序光信号为预先训练好的时序的权重信息，每组
VCSEL
器件对应的权重信息不同；
[0022]每个光探测器用于获取对应
VCSEL
器件的第一输出光强并累加，将累加结果转换为所述第二电信号输出；
[0023]其中，第一输出光强为所述第一时序光信号和所述第二时序光信号相互耦合形成的第一输出信号的强度
。
[0024]可选地，所述第一
VCSEL
单元还用于输出第三时序光信号，所述第三时序光信号根据多个光探测器产生的多个所述第二电信号共同时序编码得到；
[0025]所述第二
VCSEL
单元用于输出第四时序光信号，所述第四时序光信号为预先训练好的时序的权重信息，每组
VCSEL
器件对应的权重信息不同；
[0026]所述光探测器用于获取对应
VCSEL
器件的第二输出光强并累加，将累加结果转换为所述第三电信号并输出；
[0027]其中，所述第二输出光强为所述第三时序光信号和所述第四时序光信号相互耦合形成的第二输出信号的强度
。
[0028]可选地，每组
VCSEL
器件包括第一
VCSEL
单元
、
第二
VCSEL
单元和第三
VCSEL
单元；
[0029]所述第一电信号包括第一一电信号和第一二电信号；
[0030]所述第一
VCSEL
单元用于输出第五时序光信号，所述第五时序光信号根据第一一电信号转换得到；
[0031]所述第二
VCSEL
单元用于输出第六时序光信号，所述第六时序光信号根据第一二电信号转换得到；
[0032]所述第三
VCSEL
单元用于输出第七时序光信号，所述第七时序光信号为预先训练好的时序的权重信息，每组
VCSEL
器件对应的权重信息不同；
[0033]每个光探测器用于获取对应
VCSEL
器件的第三输出光强并累加，将累加结果转换为所述第二电信号并输出；
[0034]其中，所述第三输出光强为所述第五时序光信号
、
第六时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光计算芯片，其特征在于，包括依次堆叠的相干耦合
VCSEL
阵列层
、
缓冲层和光探测器层；其中：所述相干耦合
VCSEL
阵列层用于将第一电信号转换为第一光信号并输出；所述缓冲层用于传播所述第一光信号，所述第一光信号在传播过程中相互耦合形成输出信号；所述光探测器层用于获取输出信号的输出光强，并将所述输出光强转换为第二电信号输出
。2.
根据权利要求1所述的光计算芯片，其特征在于，所述相干耦合
VCSEL
阵列层包括多组
VCSEL
器件，每组
VCSEL
器件包括多个
VCSEL
单元，同一组
VCSEL
器件中的
VCSEL
单元相干耦合，不同组
VCSEL
器件中的
VCSEL
单元不相干耦合；其中，同一组
VCSEL
器件中的多个
VCSEL
单元发出的第一光信号相互耦合，且相位锁定
。3.
根据权利要求2所述的光计算芯片，其特征在于，所述光探测器层包括多个光探测器，多个光探测器和多组
VCSEL
器件一一对应，每个光探测器用于获取对应
VCSEL
器件的输出光强；其中，所述输出光强根据每个
VCSEL
单元发出的第一光信号的强度
、
每个
VCSEL
单元之间的相干度和每个第一光信号之间的相位差确定
。4.
根据权利要求3所述的光计算芯片，其特征在于，每个
VCSEL
单元发出的第一光信号的强度和相位根据相应
VCSEL
单元的注入电流确定；对应地，所述输出光强根据每个
VCSEL
单元的注入电流确定
。5.
根据权利要求2所述的光计算芯片，其特征在于，每组
VCSEL
器件包括第一
VCSEL
单元和第二
VCSEL
单元，所述第一
VCSEL
单元和所述第二
VCSEL
单元相干耦合，所述第一
VCSEL
单元发出的第一光信号和所述第二
VCSEL
单元发出的第一光信号相互耦合，且所述第一
VC SEL
单元发出的第一光信号和所述第二
VCSEL
单元发出的第一光信号相位锁定
。6.
根据权利要求5所述的光计算芯片，其特征在于，每组
VCSEL
器件与对应的光探测器共同用于模拟生物神经网络中一个神经元的功能，其中：一组
VCSEL
器件用于模拟神经元中一个突触结构的权重调节功能；其中，第一
VCSEL
单元用于产生输入信号；第二
VCSEL
单元用于对所述输入信号施加权重，以形成相应的输出信号；光探测器用于模拟神经元中胞体结构的累加功能
。7.
根据权利要求5所述的光计算芯片，其特征在于，所述第一
VCSEL
单元用于输出第一时序光信号，所述第一时序光信号根据所述第一电信号转换得到；所述第二
VCSEL
单元用于输出第二时序光信号，所述第二时序光信号为预先训练好的时序的权重信息，每组
VCSE...

【专利技术属性】
技术研发人员：董毅博，栾海涛，张启明，顾敏，
申请(专利权)人：栾海涛张启明顾敏，
类型：发明
国别省市：