光学处理器中的模拟器件

最近公司项目比较忙，一直没有抽出时间来更新公众号，先给大家说声抱歉。小豆芽一直在路上哈！

这篇笔记主要参考Lightmatter公司的最新一篇技术blog , 介绍下光学处理器所涉及的模拟电子器件。原文链接为：https://medium.com/lightmatter/analog-interface-of-optical-processors-46c40f63b0e7。

光学AI处理器主要利用硅光芯片，实现快速高效的矩阵乘法运算，

矩阵乘法涉及输入矢量，矩阵和输出矢量这三个元素，对应的框架图如下图所示，

（图片来自https://medium.com/lightmatter/analog-interface-of-optical-processors-46c40f63b0e7）

其中vector DAC将数字信号转变为输入矢量，optical core中MZI调制器的电压由weight DAC进行控制，而最终的信号由PD探测，经过TIA放大，再通过ADC转变为数字信号。DAC的位数决定了相应的矩阵元或者矢量的精度。虽然矩阵计算通过optical core实现，但是它还需要外部模拟电路的帮助。整个系统中涉及到的模拟器件包括:

1) DAC

2) TIA

3) ADC

以下一一介绍这些器件。

A. DAC 数模转换器

DAC, 顾名思义，就是将数字信号转变为模拟信号，如下图所示，

（图片来自https://medium.com/lightmatter/analog-interface-of-optical-processors-46c40f63b0e7）

N位的数字信号，对应2^N-1个大小不同的模拟电平。DAC的主要性能指标包括分辨率、最大工作频率、建立时间、功耗等。Lightmatter采用的是中等精度、高速的DAC。

B. TIA跨阻放大器

关于TIA, 小豆芽之间有篇笔记介绍过(跨阻放大器TIA简介)。其主要作用是将探测器中产生的光电流转变为电压信号，如下图所示，

C. ADC模数转换器

ADC, 将模拟信号转换为数字信号，如下图所示，

模数转换一般要经过信号采样、保持和量化、编码这几个步骤。信号采样频率每提高一倍，功耗会提高四倍。

ADC可分为直接转换型和间接转换型。直接转换型，是指直接将模拟信号转换成数字信号，而间接转换型，是先将模拟信号转换为中间信号，再转化为数字信号。

ADC和DAC的技术指标是相似的，主要有：1）分辨率，即最小的模拟信号变化量，2）转换速率，即完成一次转换所需时间的倒数，3）线性度，4）量化误差等。

针对光学处理器这一特定应用，需要选择合适的DAC/TIA/ADC。Lightmatter的做法是选取低功耗、高速、中等精度的模拟电子器件。在传统的光模块中，同样也需要这些模拟器件，只不过应用场景不同，器件的选取侧重点会有些差别。

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