本發(fā)明涉及微波光子學(xué)，尤其涉及一種基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、以集成電路為基礎(chǔ)的電芯片技術(shù)已成為信息社會(huì)發(fā)展的基石，特別是近年來(lái)人工智能、自動(dòng)駕駛、深度學(xué)習(xí)、大模型計(jì)算等新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)海量信息的即時(shí)處理需求快速加大。傳統(tǒng)的電芯片及電互連技術(shù)受限于銅線的電阻電容時(shí)間常數(shù)，導(dǎo)致功耗隨工藝制程的提升快速增加，同時(shí)電信號(hào)間的串?dāng)_也大大制約了帶寬的提升。光芯片作為一種新興的計(jì)算范式，打破了數(shù)字計(jì)算架構(gòu)的功耗墻和內(nèi)存墻，憑借其超高帶寬、低傳輸損耗、低延遲和低功耗的優(yōu)點(diǎn)，在過(guò)去幾年中取得蓬勃發(fā)展，而互連光芯片技術(shù)將在大規(guī)模光計(jì)算機(jī)搭建中發(fā)揮關(guān)鍵作用。光子信息處理技術(shù)已成為突破傳統(tǒng)的基于馮諾依曼架構(gòu)的電子計(jì)算機(jī)面臨瓶頸的一種有前景的解決方案，但如何最大限度利用光子信息處理大帶寬、低延時(shí)和低功耗的特點(diǎn)，使光芯片在光域?qū)崿F(xiàn)持續(xù)高速計(jì)算成為目前亟待解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，包括：輸入光纖陣列，用于輸入光信號(hào)；前端光芯片，設(shè)有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，用于處理光信號(hào)，前端光芯片的多個(gè)輸入端口和輸入光纖陣列對(duì)應(yīng)連接；互聯(lián)光纖陣列，一端與前端光芯片的多個(gè)輸出端口對(duì)應(yīng)連接，用于傳輸處理后的光信號(hào)；后端光芯片，設(shè)有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，用于對(duì)處理后的光信號(hào)進(jìn)行二次處理，后端光芯片的輸入端口和互聯(lián)光纖陣列遠(yuǎn)離前端光芯片的一端對(duì)應(yīng)連接；輸出光纖陣列，與后端光芯片的多個(gè)輸出端口對(duì)應(yīng)連接，用于輸出二次處理后的光信號(hào)。

3、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，互聯(lián)光纖陣列包括第一互聯(lián)光纖陣列和第二互聯(lián)光纖陣列。

4、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一互聯(lián)光纖陣列和第二互聯(lián)光纖陣列之間設(shè)有半導(dǎo)體光放大器陣列，用于線性放大經(jīng)前端光芯片處理后的光信號(hào)強(qiáng)度。

5、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一互聯(lián)光纖陣列和第二互聯(lián)光纖陣列之間設(shè)有可調(diào)光衰減器陣列，用于線性縮小經(jīng)前端光芯片處理后的光信號(hào)強(qiáng)度。

6、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，前端光芯片或后端光芯片為多個(gè)，其中，多個(gè)前端光芯片之間或多個(gè)后端光芯片之間串聯(lián)連接。

7、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，前端光芯片或后端光芯片為多個(gè)，其中，多個(gè)前端光芯片之間或多個(gè)后端光芯片之間并聯(lián)連接。

8、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一互聯(lián)光纖陣列和第二互聯(lián)光纖陣列之間還設(shè)有分束裝置，用于將經(jīng)過(guò)前端光芯片處理后的光信號(hào)分束為多束光信號(hào)，使多束光信號(hào)能夠在多個(gè)后端光芯片中進(jìn)行二次處理。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一互聯(lián)光纖陣列和第二互聯(lián)光纖陣列之間還設(shè)有合束裝置，用于將經(jīng)過(guò)多個(gè)前端光芯片處理后的光信號(hào)合束為一束光信號(hào)，使一束光信號(hào)能夠在一個(gè)后端光芯片中進(jìn)行二次處理。

10、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，互聯(lián)光纖陣列中的光纖類(lèi)型包括：?jiǎn)文９饫w、多模光纖和摻鉺光纖放大器中的其中之一。

11、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，前端光芯片或后端光芯片的類(lèi)型包括：基于馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x的光學(xué)卷積運(yùn)算器、基于微環(huán)濾波器的光學(xué)卷積運(yùn)算器、基于多模干涉耦合器的光學(xué)卷積運(yùn)算器、基于衍射光學(xué)的卷積運(yùn)算器、基于干涉光學(xué)的卷積運(yùn)算器、基于波分復(fù)用的光學(xué)卷積運(yùn)算器和基于可調(diào)光衰減器的光學(xué)卷積運(yùn)算器中的其中之一。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，光芯片之間通過(guò)互連光纖實(shí)現(xiàn)信息傳輸，光信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入光纖陣列進(jìn)入前端光芯片，前端光芯片對(duì)光信號(hào)處理完成后，在經(jīng)過(guò)互連光纖陣列傳遞給后端光芯片，后端光芯片將數(shù)據(jù)再次處理后，通過(guò)輸出光纖陣列輸出，由于光芯片之間直接進(jìn)行光互連，因此能夠更好地滿足大模型計(jì)算對(duì)芯片算力和帶寬的要求，相對(duì)于電互連最大限度利用了光子信息處理大帶寬、低延時(shí)、低功耗的特點(diǎn)，使得光芯片在光域能夠持續(xù)實(shí)現(xiàn)高速計(jì)算。

13、根據(jù)本發(fā)明提供的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用soa半導(dǎo)體光放大器陣列，來(lái)線性放大經(jīng)前端光芯片處理后的光信號(hào)強(qiáng)度，避免了光芯片規(guī)模化后光強(qiáng)度的衰減，具有規(guī)?；膬?yōu)勢(shì)。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用可調(diào)光衰減器陣列，來(lái)線性縮小經(jīng)前端光芯片處理后的光信號(hào)強(qiáng)度，將前端光芯片輸出的光信號(hào)調(diào)權(quán)后再輸入后端光芯片，擴(kuò)展了光互連的功能性。

技術(shù)特征：

1.一種基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述互聯(lián)光纖陣列包括第一互聯(lián)光纖陣列和第二互聯(lián)光纖陣列。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一互聯(lián)光纖陣列和所述第二互聯(lián)光纖陣列之間設(shè)有半導(dǎo)體光放大器陣列，用于線性放大經(jīng)所述前端光芯片處理后的光信號(hào)強(qiáng)度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一互聯(lián)光纖陣列和所述第二互聯(lián)光纖陣列之間設(shè)有可調(diào)光衰減器陣列，用于線性縮小經(jīng)所述前端光芯片處理后的光信號(hào)強(qiáng)度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述前端光芯片或所述后端光芯片為多個(gè)，其中，多個(gè)前端光芯片之間或多個(gè)后端光芯片之間串聯(lián)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述前端光芯片或所述后端光芯片為多個(gè)，其中，多個(gè)前端光芯片之間或多個(gè)后端光芯片之間并聯(lián)連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一互聯(lián)光纖陣列和所述第二互聯(lián)光纖陣列之間還設(shè)有分束裝置，用于將經(jīng)過(guò)所述前端光芯片處理后的光信號(hào)分束為多束光信號(hào)，使所述多束光信號(hào)能夠在多個(gè)后端光芯片中進(jìn)行二次處理。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一互聯(lián)光纖陣列和所述第二互聯(lián)光纖陣列之間還設(shè)有合束裝置，用于將經(jīng)過(guò)多個(gè)前端光芯片處理后的光信號(hào)合束為一束光信號(hào)，使所述一束光信號(hào)能夠在一個(gè)后端光芯片中進(jìn)行二次處理。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述互聯(lián)光纖陣列中的光纖類(lèi)型包括：?jiǎn)文９饫w、多模光纖和摻鉺光纖放大器中的其中之一。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述前端光芯片或后端光芯片的類(lèi)型包括：基于馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x的光學(xué)卷積運(yùn)算器、基于微環(huán)濾波器的光學(xué)卷積運(yùn)算器、基于多模干涉耦合器的光學(xué)卷積運(yùn)算器、基于衍射光學(xué)的卷積運(yùn)算器、基于干涉光學(xué)的卷積運(yùn)算器、基于波分復(fù)用的光學(xué)卷積運(yùn)算器和基于可調(diào)光衰減器的光學(xué)卷積運(yùn)算器中的其中之一。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于光芯片的光互連結(jié)構(gòu)，涉及微波光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該光互連結(jié)構(gòu)包括：輸入光纖陣列，用于輸入光信號(hào)；前端光芯片，設(shè)有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，用于處理光信號(hào)，前端光芯片的多個(gè)輸入端口和輸入光纖陣列對(duì)應(yīng)連接；互聯(lián)光纖陣列，一端與前端光芯片的多個(gè)輸出端口對(duì)應(yīng)連接，用于傳輸處理后的光信號(hào)；后端光芯片，設(shè)有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口，用于對(duì)處理后的光信號(hào)進(jìn)行二次處理，后端光芯片的輸入端口和互聯(lián)光纖陣列遠(yuǎn)離前端光芯片的一端對(duì)應(yīng)連接；輸出光纖陣列，與后端光芯片的多個(gè)輸出端口對(duì)應(yīng)連接，用于輸出二次處理后的光信號(hào)。

技術(shù)研發(fā)人員：李明,李俊燊,石暖暖,孟祥彥,祝寧華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8