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全光学超越方程求解器
(一)全光超越方程求解器示意图
(二)全光学超越方程求解器的俯视扫描电镜图，比例尺为100微米
这里，白色虚线标记用于波形离散化的五层，红色虚线分隔光学CNN结构的三层
(三)输出波导中的输出光强分布(k = 1
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图中的箭头对应于溶液的位置
水平轴是离散波导的数量，右边的垂直轴代表输出信号强度，左边的垂直轴给出实验输出信号和理论值之间的偏差
(四)解偏差的图形表示
横轴表示单个解决方案，纵轴表示参数k的三个值
颜色的深浅表示偏差的大小
信用:OEA 北京大学物理学院教授和龚教授的研究团队在《光电子进展》的一篇新出版物中，提出了一种基于卷积神经网络(C NN)实现超快、超低能耗全光计算芯片方案的新策略，该方案支持多种计算任务的执行
随着先进工程计算、经济数据分析和云计算的快速发展，对超高速、高能效计算的需求呈指数级增长
由于内存和处理器之间有限的数据通信带宽，集成电路固有的RC延迟，以及电子电路中电阻损耗导致的散热，占主导地位的计算平台，即传统的冯·诺依曼架构下的电子信号处理器，很难同时实现高速和低能耗
利用光子作为信息载体的全光计算为传统的电子信号处理器提供了潜在的替代方案
然而，存在固有的折衷，即较大的非线性系数只能以较慢的响应时间为代价
这种权衡对基于冯·诺依曼架构的集成光子处理器的构建提出了重大挑战，这通常需要在单个芯片中复杂地异构集成各种光子器件
因此，迫切需要探索新的体系结构和非常规的全光计算方案
教授研究小组
胡小勇和教授
来自北京大学物理学院的·龚提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的超快、超低能耗全光计算芯片方案，该方案支持多种计算任务的执行
光有线电视新闻网由级联的硅Y形波导和侧耦合硅波导段组成，设计用于控制波导分支中光的振幅和相位
作为概念验证，他们通过包括超越方程解算器、多功能逻辑门算子和半加法器在内的几个计算任务实验性地实现了网络设计
光通过网络结构的飞行时间对应于几皮秒量级的超快计算时间，超低能耗为每比特几十飞秒
他们的方法可以进一步扩展，提供使用基于非冯·诺依曼架构的波长复用进行并行计算的可能性，从而为片上全光计算铺平了新的道路
cos 2kx + 4 = tan (kx) 例如，已经实现了超越方程求解器，以最大偏差小于5%的高精度求解上述方程，并且在大多数情况下偏差小于3%
理论上可以通过增加输出波导的数量来提高解的精度
除了出色的解算精度，全光学方程求解器还具有超快特性(光通过特征结构的飞行时间约为1
3 ps)和能效计算(~ 92 fJ/位)
他们网络的稳定性分析进一步证明了其对诸如重量偏差和波导损坏等缺陷的高容错性
因此，这项工作为下一代全光计算系统指明了一个有前途的方向
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