【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光子计算，具体涉及一种基于相干光收发技术的乘加计算方法及系统。
技术介绍
1、人工神经网络是具有权重连接的节点的集合，这些节点能够通过适当的反馈以修改网络权重，能够“学习”并执行复杂的操作以进行面部识别、语音翻译、医学诊断等。
2、然而，无论是传统的全连接前馈网络还是目前广受关注的卷积神经网络、循环神经网络、自注意力机制模型等等，都需要进行大量的乘加运算。这些运算占总计算量的55％至90％。因此，针对乘加运算的加速是提升ai(artificial intelligence，人工智能)计算能力的重要途径。
3、光子计算是一种利用光子学原理进行信息处理和计算的技术，通过在光上调制信号，利用光的干涉和色散等特性，可以在光域上进行数据计算，拥有高带宽、低功耗、低计算延迟等优势。然而，非相干光计算只能对非负数据进行处理，限制了ai算法的表达范围。而在相干光计算中，当进行计算规模扩展时，通常采用波分复用技术，需要多个不同波长的光源加载不同的数据，既增加了布局光源所需要的空间成本，也增加了光源消耗的能量，如若使用的是光学频率梳提供多个波长光源，则需要用到片上滤波器分光后才能使得不同的波长携带不同的数据，而这些滤波器又需要复杂的反馈控制链路，增加了外围电路的复杂性和功耗。
技术实现思路
1、本申请提供一种基于相干光收发技术的乘加计算方法及系统，其可以在一次收发过程中实现两次乘法一次加法，其完成的操作数量是数据传输速率的三倍，吞吐量大，计算延迟低。
2、
3、将获取的原始光载波分光并调节成两路同频同相的光载波；
4、将待计算的四个数分别调制在两路光载波上的i路和q路上；
5、将两路调制后的光信号调节到等光程后，使用混频器分别生成0°、180°共两路光混频信号；
6、对两路光混频信号进行光电转换，基于光电转换后电信号确定乘加计算结果。
7、结合第一方面，在一种实施方式中，所述将获取的原始光载波分光并调节成两路同频同相的光载波，包括：
8、利用激光源产生单一频率的原始光载波，发送到分光器上进行分光；
9、调节两路光载波的光程，使两路光载波到达电光调制系统时的相位相同。
10、结合第一方面，在一种实施方式中，利用计算机控制连接在分光器和电光调制系统之间的第一光延时器的参数，使两路光载波到达电光调制系统时的相位相同。
11、结合第一方面，在一种实施方式中，利用计算机控制连接在电光调制系统和混频器之间的第二光延时器的参数，使两路调制后的光信号到达混频器时的相位相同。
12、结合第一方面，在一种实施方式中，所述将待计算的四个数分别调制在两路光载波上的i路和q路上，包括：
13、产生四组模拟电信号，每组模拟电信号包含一路数字；
14、将四个数的信息调制到两路光载波的i路和q路上。
15、结合第一方面，在一种实施方式中，所述对两路光混频信号进行光电转换，基于光电转换后电信号确定乘加计算结果，包括：
16、对0°、180°两路光混频信号进行光电转换；
17、对光电转换得到的电信号进行采样，并对采样得到的信号进行矫正；
18、根据采样信号生成乘加计算结果。
19、结合第一方面，在一种实施方式中，预先发送一条参考信号用于计算强度和相位变化量，以补偿采样得到的两个信号的强度和相位信息。
20、第二方面，本申请实施例提供了一种基于相干光收发技术的乘加计算系统，所述基于相干光收发技术的乘加计算系统包括：
21、激光源，其用于输出单一频率的原始光载波；
22、分光器，其用于将接收的原始光载波分为两路同频的光载波；
23、电光调制系统，其用于将待计算的四个数分别调制在两路光载波上的i路和q路上；
24、混频器，其用于将两路调制后的光信号分别生成0°、180°共两路光混频信号；
25、平衡探测器，其用于对两路光混频信号进行光电转换；
26、控制单元，其用于使两路光载波到达电光调制系统时的相位相同，并使两路调制后的光信号到达混频器时的相位相同，且所述控制单元还用于基于光电转换后电信号确定乘加计算结果。
27、结合第二方面，在一种实施方式中，所述控制单元包括：
28、第一光延时器，其连接在所述分光器和电光调制系统之间；
29、第二光延时器，其连接在所述电光调制系统和混频器之间；
30、计算机，其用于控制所述第一光延时器的参数，使两路光载波到达电光调制系统时的相位相同，并用于控制所述第二光延时器的参数，使两路调制后的光信号到达混频器时的相位相同。
31、结合第二方面，在一种实施方式中，所述控制单元还包括：
32、信号采集设备，其连接在所述平衡探测器和计算机之间，用于对光电转换后得到的电信号进行采样，并将采样后的数据矫正后输入至所述计算机。
33、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
34、本申请中的基于相干光收发技术的乘加计算方法，通过将获取的原始光载波分光并调节成两路同频同相的光载波；将待计算的四个数分别调制在两路光载波上的i路和q路上；将两路调制后的光信号调节到等光程后，使用混频器分别生成0°、180°共两路光混频信号；对两路光混频信号进行光电转换，基于光电转换后电信号确定乘加计算结果。
35、从而可以在一次收发过程中实现两次乘法一次加法，其完成的操作数量是数据传输速率的三倍，吞吐量大，计算延迟低。同时，所使用的各光学器件均可以片上集成，可大规模扩展。此外，本申请利用波分复用等技术，可以进行计算规模的扩展。乘加运算在科学计算、人工智能等领域应用广泛，相较于数字电路，本专利技术极大地节省了硬件开销和时间成本，相较于其他光计算结构，同时利用了光的i路和q路，实现了复用，减少了光源成本，很好的满足了未来高速计算的需求。
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1.一种基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于，所述基于相干光收发技术的乘加计算方法包括：
2.如权利要求1所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于，所述将获取的原始光载波分光并调节成两路同频同相的光载波，包括：
3.如权利要求2所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于：
4.如权利要求1所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于：
5.如权利要求1所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于，所述将待计算的四个数分别调制在两路光载波上的I路和Q路上，包括：
6.如权利要求1所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于，所述对两路光混频信号进行光电转换，基于光电转换后电信号确定乘加计算结果，包括：
7.如权利要求6所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于：
8.一种基于相干光收发技术的乘加计算系统，其特征在于，所述基于相干光收发技术的乘加计算系统包括：
9.如权利要求8所述的基于相干光收发技术的乘加计算系统，其特征在于，所述控制单
10.如权利要求9所述的基于相干光收发技术的乘加计算系统，其特征在于，所述控制单元还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于，所述基于相干光收发技术的乘加计算方法包括：
2.如权利要求1所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于，所述将获取的原始光载波分光并调节成两路同频同相的光载波，包括：
3.如权利要求2所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于：
4.如权利要求1所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于：
5.如权利要求1所述的基于相干光收发技术的乘加计算方法，其特征在于，所述将待计算的四个数分别调制在两路光载波上的i路和q路上，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：朱盈，刘开来，肖希，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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