【摘 要】
：
大数据时代推动了人工智能（Artificial Intelligence,AI）算法的蓬勃革新,同时对支撑AI技术的计算硬件架构和系统提出了更高的性能要求。由于光传输具备大带宽、低损耗、低延时、低功耗和高并行度等优势,光计算以及光神经网络有望在多方面应对目前AI技术发展所面临的能耗和计算效率的挑战,成为未来AI计算硬件架构的主流实现方式之一。硅基材料体系具有CMOS兼容、高集成度、可实现光电单片集
论文部分内容阅读
大数据时代推动了人工智能（Artificial Intelligence,AI）算法的蓬勃革新,同时对支撑AI技术的计算硬件架构和系统提出了更高的性能要求。由于光传输具备大带宽、低损耗、低延时、低功耗和高并行度等优势,光计算以及光神经网络有望在多方面应对目前AI技术发展所面临的能耗和计算效率的挑战,成为未来AI计算硬件架构的主流实现方式之一。硅基材料体系具有CMOS兼容、高集成度、可实现光电单片集成等优点,能够实现大规模集成且具有良好拓展性的光神经网络集成回路。因此,本文将对面向光神经网络的硅基光子器件及系统的关键技术展开系统性的研究。硅基光神经网络的实现方式在于,用光子作为物理载体构建AI计算中的基本计算单元,主要包括矩阵-向量乘的线性矩阵计算与非线性激活函数两部分。为实现上述计算单元的片上集成及其大规模可重构和可拓展,本文以结构紧凑且低功耗的微环谐振器作为基础器件,同时引入波分复用（Wavelength Division Multiplexing,WDM）技术,设计并制备了硅基线性矩阵计算和硅基全光非线性激活器,从而实现了一种硅基非相干光神经网络架构;在此基础上完成了该架构在分布式光纤传感中实时温度感知的应用,为光神经网络的实现方式和应用场景提供了新方案。围绕上述研究思路,本文的主要研究内容和创新点如下:1.提出了基于内嵌等臂马赫-增德尔干涉仪的微环谐振器（Mach-Zehnder Interferometer Embedded Microring Resonator,MZER）结构的硅基非相干光线性矩阵计算,解决了该计算架构中存在的多波长切换时通道阻塞问题,同时解决了权重的高精度表征问题。（1）MZER结构的“无阻塞”功能实现:通过调节内嵌MZI臂上相位差来改变微环的谐振状态,从而能在谐振状态关闭时实现传输干路上权重配置波长的“无阻塞”切换。该过程无需传统结构中必要的自由光谱范围（Free Spectral Range,FSR）对齐,操作简单灵活,大大降低了系统复杂度和硬件要求;而内嵌等臂MZI的设计拓展了器件的工作带宽,实验中展示了其对工艺误差和片上热串扰的高鲁棒特性。另外,所制备的四通道阵列的频谱性能在35.2 nm波长范围内保持一致,验证了阵列中各通道性能的一致性;且当频谱在单个FSR内均匀分布时,通道间串扰大于20 dB。（2）MZER结构的高精度权重配置实现:通过调节内嵌MZI臂上相位差能让器件下载端达到更高的通道消光比,从而实现操作简单、配置准确率高且表征达到6位比特精度的权重配置。四通道硅基MZER权重配置阵列的测试结果表明:在输入光功率为-4 d Bm时,每个通道的权重配置准确率和表征精度都能维持在5.5 Bits以上,且对应的权重配置准确率随输入光功率的增加能得到提升。2.在建立硅基器件非线性性能数值分析模型的基础上,提出了两种基于硅基直波导和硅基全通型微环谐振器的硅基全光非线性激活器,解决了光神经网络中非线性激活函数的全光实现问题,实现了网络中所需的多种非线性函数。通过对不同长度的硅基直波导和不同参数的硅基全通型微环谐振器进行非线性性能仿真与分析,验证了这两种硅基基础器件的输入输出光功率间满足不同的非线性函数关系,且符合神经网络中所需的非线性激活函数类型。在MNIST手写数字集识别应用中,基于硅基直波导和基于硅基微环谐振器的全光非线性激活器的识别准确率均能达到90%以上。3.在硅基非相干光神经网络架构的实现基础上,论文提出了将其作为硬件处理器解决分布式光纤传感中的实时温度感知问题,实现了高速、并行的传感信号处理。（1）针对分布式光纤传感中布里渊光时域反射仪（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry,BOTDR）的实时温度感知应用,为了克服其传统算法存在的处理时间长、精度及鲁棒性不足等缺点,提出了一种基于小波卷积神经网络的BOTDR系统实时温度感知算法。通过仿真和测试验证了该算法具有更高的鲁棒性和感知精度,同时能大幅降低信号处理时间。（2）为了适配所构建的硅基非相干光神经网络,论文中进一步将小波卷积神经网络的规模和结构改进为三个小规模的硅基级联光神经网络,网络中仅包含线性矩阵计算和非线性激活两种算子,且网络规模不超过32个节点。测试结果表明硅基非相干光神经网络架构在BOTDR系统中的温度感知均方误差和标准差都能维持在1.5℃-2℃范围内,满足分布式光纤传感系统的性能需求。
其他文献
为探究冻融循环下混杂纤维混凝土宏细观特性的关联性，开展以冻融循环周次及纤维体积掺量为变量的快速冻融循环试验。试验结果表明，不同冻融循环周次下，抗压强度与含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长呈正相关关系、与气孔比表面积呈负相关关系，而冻融损伤量与气孔参数则呈相反规律，且均呈近似线性变化；冻融循环周次越大，抗压强度越低、冻融损伤量越大、含气量、气泡间距系数及气泡平均弦长也越大，而气孔比表面积越小；混杂纤
新型户外加固方式是一种经济实用的加固措施,其相较于传统加固方式最大的优势是不入户,少扰民,既有建筑的使用功能几乎不受干扰,因此该种加固形式具有广阔的应用前景和巨大的发展空间。基于新型户外加固的思想,提出了一种密缀板耗能格构柱,结合实际工程将其应用在既有框架结构的抗震加固中。首先对一个五层的既有框架结构进行了多遇地震作用下的初步试算,计算结果不能满足现行抗震规范的相关要求。由于该建筑物是一栋医院门诊
在双减背景之下，教师最重要的教学使命则是积极探讨如何优化初中数学课后作业设计，突显作业的育人赋能价值，促进学生身心健康发展.本文从初中数学课后作业设计存在的问题出发，具体探究了双减下优化作业设计的重要意义，继而在长期的探索实践中开辟一条科学的作业设计之路，旨在构建良好的教育生态.
创新是国家发展、民族复兴的动力。在时代飞速发展的当下，一线教育者越来越重视培养学生的创新能力。随着素质教育的大力推进，在美术教学中培养学生创造性思维能力成为重点和主要渠道。教师要通过一定的策略优化和完善教学方案，引导学生由浅入深地进行思考探究，使学生不断从美术学习中获得知识技能，也获得情感上的滋养与熏陶，从而为培养学生创造性思维能力创造条件。当前，初中美术教学中培养学生创新能力还存在一定的问题。为
武器装备性能试验同时被赋予了技术符合性验证及作战需求符合性验证的双重使命，是装备研制的重要环节。本文针对过去航空武器准备飞行试验中存在的试验设计脱离装备运用要求、试验条件偏向简单背景、试验进程与实际作战脱节、试验结果对实战支撑作用不强等问题，阐述了试验领域的“能力”内涵及其与技术指标的关系，在此基础上论述了性能试验的技术内涵及其与作战试验的关系，并基于系统工程提出性能试验设计的主要方法，可以促进基
近几年，随着现代科学技术与信息网络技术的飞速发展医改政策的不断优化，更多医院开始关注医疗设备管理系统的建设与应用。先进的医疗设备的使用，不仅能够提高医院诊疗水平，还能够为医院创造收益，因此医疗设备管理系统也成为了医院信息化建设的重要内容。该研究以医疗设备管理系统的设计与实现为课题，首先分析设计与实现医疗设备管理系统的总体需求，然后从功能设计、非功能设计和数据库设计3个角度出发完成系统设计研究。针对
定向师范生培养是高校师范教育在新时代助力乡村振兴的重要课题，在现有的教育培养模式中，城市化倾向明显，与非定向师范生培养模式之间没有明显的区分度，缺乏乡村文化浸润，难以滋养定向师范生的乡土情怀与乡土认同。乡村教师定向师范生乡土认同存在身份认同、职业认同和文化认同三重向度。乡村文化中蕴含劳动基因，劳动教育与乡土认同存在深度契合。劳动教育通过建构身份认同、培植职业认同、增强文化认同来培植重塑乡土情怀。劳
互联网时代信息技术在各行、各业都有广泛的应用，对经济发展和社会进步产生重要推动力。对图书档案管理工作而言，利用大数据技术、互联网信息设备创建管理信息系统，对管理效率提升和服务质量优化有积极意义。管理信息系统在有效管理档案资料安全、可靠的同时，为用户提供的图书查阅和信息收集工作将得到明显改善，能确保图书资料信息的完整性、推动图书馆长足建设和发展。基于此，分析当前图书档案管理工作信息化程度的需求，并阐
目的 ：分析消毒供应中心检查包装灭菌区手术器械组工作人员在器械检查装配操作过程中护理中断事件的发生特征。方法 ：通过对科室操作间及操作台面的监控进行实时画面回放、记录，回顾2021年11月发生的护理中断事件，并分析来源、类型及结局等。结果 ：共观察到886次护理中断事件，发生中断事件总时长为14.91 h，主要来源于器械器皿因素227次（25.6%）、环境因素225次（25.4%）、同事因素149
将传统民族艺术元素融合到现代箱包设计中，不仅有益于传承和弘扬我国优秀的传统文化，而且能丰富箱包设计的内涵，满足新时代消费需求。文章以现代箱包设计发展为基点，分析了现代箱包设计融入传统民族艺术元素的重要性，论述了传统民族艺术元素在箱包设计中的融合，对促进箱包设计创新，满足现代消费群体需求的重要意义。