close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2154

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2154
(13)
C1
6
(51) G 02B 6/28
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ПРОЦЕССОР ДЛЯ МАТРИЧНО-ВЕКТОРНОГО УМНОЖЕНИЯ
(21) Номер заявки: 950051
(22) 03.02.1995
(46) 30.06.1998
(71) Заявитель: Институт электроники Академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Пилипович В.А., Есман А.К., Поседько
В.С., Солонович И.Ф. (BY)
(73) Патентообладатель: Институт
электроники
Академии наук Беларуси (BY)
(57)
Процессор для матрично-векторного умножения, содержащий входную и выходную волоконные линии,
соединенные между собой равномерно распределенными вдоль них 2N-1 волоконно-оптическими ответвителями, где N - размерность входных операндов, отличающийся тем, что во входную волоконную линию
перед каждым волоконно-оптическим усилителем и после него введены, соответственно, управляемые оптические усилитель и модулятор, управляющие входы которых соединены между собой, причем все волоконно-оптические ответвители имеют одинаковые коэффициенты связи.
(56)
1. ТИИЭР, 1984 г. Т. 72, № 7.-С. 83-86.
2. Письма в ЖТФ.Т. 18,. Вып. 3.-С. 32-37
3. Патент США 4588255, МКИ G02B 6/28, G06G 7/12, 1986 (прототип).
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированных
системах обработки сигналов высокой производительности.
Известен процессор для умножения матрицы на вектор [1], состоящий из оптически соединенных линейки лазерных диодов, коллимирующих линз, акустооптической ячейки, формирующей оптической системы с диафрагмой в
фокальной плоскости и линейки интегрирующих фотодетекторов.
Данное устройство не позволяет обеспечить высокую скорость обработки информации и использовать
для вычислений операнды большой размерности из-за принципиальных ограничений по быстродействию и
управляющей способности акусто-оптических ячеек.
Известен оптоэлектронный процессор [2], состоящий из оптически соединенных источника света, оптического формирующего каскада, амплитудного транспаранта, волоконной шайбы и матрицы ПЗС - фотоприемников.
Данное устройство не обеспечивает высокой скорости и точности обработки информации, что обусловлено
высоким уровнем шумов и невысоким быстродействием ПЗС - фотоприемников.
BY 2154 C1
Наиболее близким по технической сущности является оптический процессор сигналов для матрично-векторного
умножения [3], coдержащий входную и выходную волоконные линии, соединенные между собой равномерно распределенными вдоль них 2N-1 волоконно-оптическими ответвителями, где N - размерность входных операндов, причем коэффициент связи каждого волоконно-оптического ответвителя равен значению соответствующего элемента входной
перемножаемой матрицы.
Данное устройство не позволяет оперировать с матрицами произвольного типа, а только с теплицевыми,
т.е. только с матрицами, имеющими одинаковые диагональные элементы, что определяется неизменными
коэффициентами связи волоконно-оптических ответвителей.
Кроме того, данное устройство не позволяет использовать для умножения матрицы с большими значениями
элементов, а также матрицы и вектора большой размерности, что обусловлено необходимостью ответвления при
каждом элементарном умножении элемента вектора на элемент матрицы (т.е. при прохождении оптического сигнала через любой ответвитель) определенной части входного оптического сигнала в выходную волоконную линию. Однако, для обеспечения высокой точности вычислений входной оптический сигнал должен оставаться
неизмененным на протяжении всей входной волоконной линии, т.к. он определяет значения элементов перемножаемого вектора.
Технической задачей, которую позволяет решить данное изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения умножений матриц произвольного типа на вектор,
при одновременном увеличении точности вычислений.
Поставленная техническая задача в заявляемом устройстве решается тем, что в устройство, содержащее
входную и выходную волоконнные линии, соединенные между собой равномерно распределенными вдоль
них 2N-1 волоконно-оптическим ответвителем, где N - размерность входных операндов, введены во входную
волоконную линию перед каждым волоконно-оптическим ответвителем и после него управляемые оптические усилитель и модулятор соответственно, управляющие входы которых соединены между собой, причем
все волоконно-оптические ответвители имеют одинаковые коэффициенты связи.
Расширение функциональных возможностей в предлагаемом устройстве, заключающееся в возможности
оперировать с произвольными типами матриц, достигается за счет оперативного изменения параметров процессорных элементов синхронно с поступлением входных операндов, путем изменения параметров введенных
управляемых оптических усилителей и модуляторов.
Кроме того, подбором коэффициентов усиления управляемых оптических усилителей компенсируются
потери входного оптического сигнала на ответвление в выходную волоконную линию и его величина поддерживается постоянной при движении вдоль входной волоконной линии перед каждым управляемым оптическим усилителем. Это повышает точность вычислений и позволяет также увеличить разрядность
используемых операндов.
Сущность изобретения поясняется фигурой, где 1 - входная волоконная линия, 2 - управляемый оптический усилитель, 3 - волоконно-оптический ответвитель, 4 - управляемый оптический модулятор, 5 - выходная волоконная линия, 6 - параллельный вход устройства.
В заявляемом устройстве входная волоконная линия 1 проходит через ряд из последовательно расположенных 2N-1 групп элементов, каждая из которых включает последовательно расположенные управляемый
оптический усилитель 2, волоконно-оптический ответвитель 3 и управляемый оптический модулятор 4, в
каждой группе элементов выход управляемого оптического усилителя 2 и вход управляемого оптического
модулятора 4 соединены соответственно с первыми входом и выходом волоконно-оптического ответвителя
2, а их управляющие входы соединены между собой, выходная волоконная линия 5 проходит последовательно через вторые входы и выходы всех волоконно-оптических ответвителей 3, вход входной волоконной линии 1 является последовательным входом устройства, управляющие входы управляемых оптических
усилителей 2 являются параллельным входом 6 устройства, а выход выходной волоконной линии 5 является
его выходом.
В конкретном исполнении входная 1 и выходная 5 волоконные линии представляют собой одномодовые
оптические волокна с диаметром сердцевины 5 мкм. Управляемые оптические усилители 2 - эрбиевые волононно-оптические усилители (отрезки волокна, легированного эрбием), вход накачки, который является
управляющим входом усилителя и параллельным входом 6 устройства. На управляющем входе усилителей 2
предусмотрено преобразование электрического управляющего сигнала в оптический. Коэффициент усиления
усилителей определяется мощностью его накачки.
Волоконно-оптические ответвители 3 - полированные направленные волоконно-оптические одномодовые
ответвители с одинаковыми коэффициентами связи. Управляемые оптические модуляторы 4 - электрооптические амплитудные модуляторы света, выполненные на подложке из ниобата лития. Управляющая цепь модулятора выполнена таким образом, что увеличение управляющего сигнала приводит к уменьшению его
пропускания.
2
BY 2154 C1
Работает устройство следующим образом. Входной вектор Х = (х1,х2,...хN)T в виде последовательности
оптических сигналов х1,х2...хN соответствующей амплитуды подается через волоконную линию 1 на последовательный вход устройства.
При поступлении хj сигнала, где j∈[I,N], на вход очередного управляемого оптического усилителя 2, на
управляющий вход последнего (т.е. на параллельный вход 6 устройства)синхронно поступает управляющий
сигнал аi,j соответствующий определенному элементу матрицы А:
 a11 a12 a1N 
A =  a21 a22 a2N 
aN1 aN2 aNN 
Синхронизация моментов поступления значений аi,j и значений хj, (i,j)∈[1,N] на соответствующие входы процессора осуществляется в соответствии с общим алгоритмом умножения матрицы А на вектор Х:
 a11 a12 a1N   x1   y 1   a11 ⋅ x1 + a12 ⋅ x 2 + ...a1N ⋅ x N 
Y = A ⋅X =  a21 a22 a2N  ⋅  x 2  =  y 2  =  a21 ⋅ x1 + a22 ⋅ x 2 + ...a 2N ⋅ x N 
aN1 aN2 aNN   x N   y N  aN1 ⋅ x1 + aN2 ⋅ x 2 + ...a NN ⋅ x N 
где Y = (y1, y2 ... yN)T - выходной результирующий вектор.
Управляемые оптические усилители 2 усиливают поступающие на их входы сигналы хj в аi,j раз, т.е. осуществляют умножение элемента вектора на элемент матрицы. Результирующий сигнал аi,j⋅хj поступает на первый вход
последующего волоконно-оптического ответвителя 3 и его фиксированная (определяется коэффициентом связи γ
ответвителя) часть ответвляется в выходную волоконную линию 5. Оставшаяся часть результирующего сигнала,
т.е. (1-γ)⋅аi,j⋅хj поступает на оптический вход управляемого оптического модулятора 4, который изменяет ее до величины хj, осуществляя тем самым восстановление входного аргумента вектора хj. Восстановленный сигнал хj поступает далее на следующий управляемый оптический усилитель 2 и работа устройства повторяется.
Длина участков волоконных линий 1 и 5 между соседними ответвителями выбирается такой, чтобы величина удвоенной задержки оптического сигнала между ними была равна интервалу поступления сигналов хj
на последовательный вход процессора. Это позволяет суммировать в выходной волоконной линии ответвляемые от соседних ответвителей оптические сигналы и формировать значения элементов результирующего
вектора Y.
Cоставитель В.А. Тугбаев
Редактор В.Н. Позняк
Корректор Т.Н. Никитина
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
128 Кб
Теги
by2154, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа