【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光子信息处理以及光子计算，特别是涉及一种实现非线性激活的光子芯片计算单元及光子芯片。
技术介绍
1、自2012年hinton利用alexnet卷积神经网络赢得imagenet比赛后，神经网络已经逐渐应用于无人驾驶，计算机视觉，自然语言处理等领域并取得了不菲的成绩，且到目前为止，暂无其他技术可以替代其取得较高的性能。神经网络主要依赖于大量的计算，且随着计算量的增加，神经网络的推理速度也会随之下降。近年来，由于摩尔定律的逐渐放缓和冯诺依曼瓶颈结构的影响，神经网络底层硬件对神经网络的计算量和速度不再具有明显的提升，因此，光子神经网络逐渐兴起并引起了人们的广泛兴趣。
2、与电相比，光具有高速、高并行、大吞吐量、以及低串扰等优势。且光天然适用于矩阵运算，因此，比较适用于神经网络计算。现有的光子神经网络主要有空间光神经网络和集成光学神经网络。与空间光神经网络相比，集成光学神经网络可以与cmos兼容，且具有尺寸小、结构紧凑、可进行片上集成等优势。集成光学神经网络又分为马赫曾德光学神经网络和微环光学神经网络。与马赫曾德神经网络相比，微环神经网络尺寸较小、更易于片上集成。且微环神经网络利用波分复用原理，可以进行大量的并行运算，有效提升神经网络的运算速度。
3、但以上基于微环的光神经网络仅仅实现了电神经网络中的矩阵运算，还未对电神经网络中的非线性激活函数有所实现。而非线性激活函数在深度神经网络中至关重要，只具有线性激活层的神经网络无法表现出深度没有作用，因为多层的线性神经网络经过各种线性变换后仍表现为一个单层的
4、例如现有技术中，利用微环谐振器和相变材料实现了非线性激活函数。该种类型的谐振器可以同通过晶态和非晶态对输入的光信号进行调制。但该种方法无法实现数据的高速调制，且该方法实现的光学神经网络的权重范围只到[0,1]。
5、又例如现有技术中，利用光谐振原理提出了输入波长和输出光强之间的非线性激活函数，但该方案需要增加额外的微环和泵浦激光器等光学器件，而且该方案需要添加额外的偏置电压，造成了一定的经济负担。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中光子芯片的激活模块实现非线性激活调制速度慢的技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种实现非线性激活的光子芯片计算单元，所述光子芯片计算单元包括：泵浦激光器、激活模块、卷积模块和光电转换模块；
2、所述激活模块为全通型微环谐振器，所述泵浦激光器连接所述激活模块，用于将光脉冲耦合进入所述全通型微环谐振器的输入端；
3、所述卷积模块为分叉复用微环谐振器，所述全通型微环谐振器的直通端连接所述分叉复用微环谐振器的输入端，用于将所述激活模块的输出光强耦合进入所述分叉复用微环谐振器进行卷积计算；
4、所述光电模块包括平衡探测器和跨阻放大器，所述分叉复用微环谐振器的直通端和下载端分别连接所述平衡探测器；所述平衡探测器，用于将所述卷积模块输出的光强转换为电流信号；
5、所述平衡探测器连接所述跨阻放大器；所述跨阻放大器，用于将所述平衡探测器输出的电流信号转换为电压信号；
6、其中，所述跨阻放大器输出的电压信号反馈至所述全通型微环谐振器，对所述全通型微环谐振器施加电压，对所述激活模块进行调制。
7、优选地，所述全通型微环谐振器由硅材料和二氧化硅材料构成，半径为5um，宽度为500nm，厚度为220nm。
8、优选地，所述全通型微环谐振器进行掺杂处理，掺杂浓度为1018/cm3。
9、本专利技术的另一个目的在于提供一种实现非线性激活的光子芯片，所述光子芯片包括阵列的多个本专利技术提供的一种实现非线性激活的光子芯片计算单元。
10、本专利技术提供的一种实现非线性激活的光子芯片计算单元及光子芯片，将卷积模块的输出光强转化为电压，并依据等离子色散原理利用该电压改变该激活模块(全通型微环谐振器)的自由载流子浓度，从而改变激活模块(全通型微环谐振器)的有效折射率，进而使激活模块(全通型微环谐振器)发生相移，最终使激活模块(全通型微环谐振器)的光学传递函数值发生变化。激活模块(全通型微环谐振器)与电压相关的光学传递函数为非线性函数，函数可以作为光学神经网络的非线性激活函数进行使用。
11、本专利技术提供的一种实现非线性激活的光子芯片计算单元及光子芯片，利用了等离子色散效应，实现数据的高速调制。光子芯片计算单元应用在光子芯片阵列中，可以同时实现多个波长的非线性操作，以完成并行计算，提高推理速度，减少推理时间。光子芯片计算单元具有可扩展性以及可重用性，可以进一步提高光子芯片的推理速度或者是减少光子芯片的尺寸。
12、本专利技术提供的一种实现非线性激活的光子芯片计算单元及光子芯片，便于构建基于微环的非线性激活函数算法，并将其加入基于微环的光神经网络算法中用于训练和推理，可以实现同时对多个波长的光进行非线性激活。
13、本专利技术提供的一种实现非线性激活的光子芯片计算单元及光子芯片，利用波分复用器(wdm)可以实现并行计算，可以进行扩展和复用。
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1.一种实现非线性激活的光子芯片计算单元，其特征在于，所述光子芯片计算单元包括：泵浦激光器、激活模块、卷积模块和光电转换模块；
2.根据权利要求1所述的光子芯片计算单元，其特征在于，所述全通型微环谐振器由硅材料和二氧化硅材料构成，半径为5um，宽度为500nm，厚度为220nm。
3.根据权利要求1所述的光子芯片计算单元，其特征在于，所述全通型微环谐振器进行掺杂处理，掺杂浓度为1018/cm3。
4.一种实现非线性激活的光子芯片，其特征在于，所述光子芯片包括阵列的多个权利要求1至3中任一权利要求所述的光子芯片计算单元。
【技术特征摘要】
1.一种实现非线性激活的光子芯片计算单元，其特征在于，所述光子芯片计算单元包括：泵浦激光器、激活模块、卷积模块和光电转换模块；
2.根据权利要求1所述的光子芯片计算单元，其特征在于，所述全通型微环谐振器由硅材料和二氧化硅材料构成，半径为5um，宽度为500nm，厚度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，丁静雅，胡鹏浩，于明鑫，鹿利单，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：
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