TWI905791B - 光電路系統及光通訊方法 - Google Patents

Abstract

光電路系統包含雷射發射裝置、第一光學裝置群組及第二光學裝置群組。第一光學裝置群組包含多個第一光學裝置，用以自雷射發射裝置接收標準光訊號。第一光學裝置各自具有穿透參數，用以根據標準光訊號及穿透參數產生多個第一光訊號。第二光學裝置群組包含多個第二光學裝置，用以接收第一光訊號。第二光學裝置各自具有多個穿透參數，用以根據第一光訊號及穿透參數產生多個第二光訊號並產生結合光訊號。第一光學裝置產生的多個第一光訊號的光強度及第二光學裝置產生的多個第二光訊號的光強度分別相關於神經網路的第一級及第二級的神經元資料。

Description

光電路系統及光通訊方法

本揭示文件關於神經網路的運算技術，特別是關於以光通訊技術實現神經網路的運算的光電路系統及光通訊方法。

隨著近年機器學習及人工智慧科技的發展，如何透過電路來實現神經網路的運算成為了矚目的焦點。雖然現今已有許多可以實現神經網路運算的電路被提出，但是在這些透過多條導線連接的電路中，由於電阻電容延遲（RC delay）的影響，電路中的訊號會發生延遲的現象。此外，為了實現神經網路而加入的電阻，也降低電路的能源效率。

另外，由於神經網路中的節點（node）在訓練的過程中需要時常更新，電路元件需要長時間維持正常運作，才能確保訓練結果正確。因此，電路元件的可靠度及耐久度也成為了以傳統電路實現神經網路時的瓶頸之一。

綜上而言，如何在不大幅降低電路的能源效率的同時，改善電路的可靠度並減少訊號的延遲，是本領域的課題之一。

本揭示文件的一個態樣提供一種光電路系統，用以執行神經網路運算。光電路系統包含雷射發射裝置、第一光學裝置群組及第二光學裝置群組。雷射發射裝置用以產生多個標準光訊號。第一光學裝置群組包含多個第一光學裝置，用以自雷射發射裝置接收多個標準光訊號。多個第一光學裝置各自具有一穿透參數，且各自用以根據多個光訊號及穿透參數產生多個第一光訊號。第二光學裝置群組包含多個第二光學裝置，用以自第一光學裝置群組接收多個第一光訊號。多個第二光學裝置各自具有多個穿透參數，且各自用以根據多個第一光訊號及多個穿透參數產生多個第二光訊號，進而產生一結合光訊號。多個第一光學裝置的其中一者所產生的多個第一光訊號的光強度相關於神經網路的第一級的多個神經元資料的其中一者，多個第二光學裝置的其中一者所產生的多個第二光訊號的光強度相關於神經網路的第二級的多個神經元資料的其中一者。

在該態樣的光電路系統的一些實施例中，多個第一光學裝置的穿透參數彼此不同，且多個第二光學裝置中的任一者所具有的多個穿透參數彼此不同。

在該態樣的光電路系統的一些實施例中，光電路系統更包含電源供應裝置。電源供應裝置耦接至多個第一光學裝置及多個第二光學裝置，用以分別提供多個供應電壓至多個第一光學裝置及多個第二光學裝置，以調整多個第一光學裝置及多個第二光學裝置的多個穿透參數。

在該態樣的光電路系統的一些實施例中，多個第二光學裝置各自包含光結合裝置，用以根據多個第二光學裝置的其中一者的多個第二光訊號產生結合光訊號。

在該態樣的光電路系統的一些實施例中，結合光訊號的光強度相關於多個第二光學裝置的其中一者產生的多個第二光訊號的光強度的總和，且多個第二光訊號的光強度的該總和等於多個第一光訊號的光強度分別與多個第二光學裝置的該其中一者的多個穿透參數的乘積之總和。

在該態樣的光電路系統的一些實施例中，雷射發射裝置更用以產生直射光訊號至光結合裝置。結合光訊號的光強度相關於多個第二光學裝置的其中一者產生的多個第二光訊號的光強度的總和，且多個第二光訊號的光強度的該總和等於多個第一光訊號的光強度分別與多個第二光學裝置的該其中一者的多個穿透參數的乘積及直射光訊號的光強度之總和。

在該態樣的光電路系統的一些實施例中，光結合裝置及電源供應裝置耦接至運算裝置。運算裝置用以根據結合光訊號產生控制指令至電源供應裝置，以調整多個供應電壓。

本揭示文件的另一個態樣提供一種光電路系統，用以執行神經網路運算。光電路系統包含第一級子系統及第二級子系統。第二級子系統耦接至第一級子系統。第一級子系統及第二級子系統各自包含雷射發射裝置、第一光學裝置群組及第二光學裝置群組。雷射發射裝置用以產生多個標準光訊號。第一光學裝置群組包含多個第一光學裝置，用以自雷射發射裝置接收多個標準光訊號。多個第一光學裝置各自具有一穿透參數，且各自用以根據多個光訊號及穿透參數產生多個第一光訊號。第二光學裝置群組包含多個第二光學裝置，用以自第一光學裝置群組接收多個第一光訊號。多個第二光學裝置各自具有多個穿透參數，且各自用以根據多個第一光訊號及多個穿透參數產生多個第二光訊號，進而產生一結合光訊號。第二級子系統的多個第一光學裝置所產生的多個第一光訊號的光強度相關於第一級子系統的多個第二光學裝置所產生的多個第二光訊號的光強度。第一級子系統的多個第一光學裝置的其中一者所產生的多個第一光訊號的光強度相關於神經網路的第一級的多個神經元資料的其中一者。第一級子系統的多個第二光學裝置的其中一者所產生的多個第二光訊號的光強度及第二級子系統的多個第一光學裝置的其中一者所產生的多個第一光訊號的光強度相關於神經網路的第二級的多個神經元資料的其中一者。第二級子系統的多個第二光學裝置的其中一者所產生的多個第二光訊號的光強度相關於神經網路的第三級的多個神經元資料的其中一者。

在該另一態樣的光電路系統的一些實施例中，第一級子系統的多個第一光學裝置的穿透參數彼此不同，第二級子系統的多個第一光學裝置的穿透參數彼此不同，第一級子系統的多個第二光學裝置中的任一者所具有的多個穿透參數彼此不同，且第二級子系統的多個第二光學裝置中的任一者所具有的多個穿透參數彼此不同。

在該另一態樣的光電路系統的一些實施例中，第一級子系統及第二級子系統各自更包含電源供應裝置。電源供應裝置耦接至多個第一光學裝置及多個第二光學裝置，用以分別提供多個供應電壓至多個第一光學裝置及多個第二光學裝置，以調整多個第一光學裝置及多個第二光學裝置的多個穿透參數。

在該另一態樣的光電路系統的一些實施例中，第一級子系統及第二級子系統的多個第二光學裝置各自包含光結合裝置，用以根據多個第二光學裝置的其中一者的多個第二光訊號產生結合光訊號。

在該另一態樣的光電路系統的一些實施例中，結合光訊號的光強度相關於多個第二光學裝置的其中一者產生的多個第二光訊號的光強度的總和，且多個第二光訊號的光強度的該總和等於多個第一光訊號的光強度分別與多個第二光學裝置的該其中一者的多個穿透參數的乘積之總和。

在該另一態樣的光電路系統的一些實施例中，第一級子系統及第二級子系統的雷射發射裝置更用以產生直射光訊號至光結合裝置。結合光訊號的光強度相關於多個第二光學裝置的其中一者產生的多個第二光訊號的光強度的總和，且多個第二光訊號的光強度的該總和等於多個第一光訊號的光強度分別與多個第二光學裝置的該其中一者的多個穿透參數的乘積及直射光訊號的光強度之總和。

在該另一態樣的光電路系統的一些實施例中，第一級子系統的光結合裝置及第二級子系統的電源供應裝置耦接至運算裝置。運算裝置用以根據第一級子系統的光結合裝置的結合光訊號產生控制指令至第二級子系統的電源供應裝置，以調整第二級子系統的多個供應電壓。

本揭示文件的一個態樣提供一種光通訊方法，用以控制光電路系統執行神經網路運算。光通訊方法包含：藉由光電路系統的雷射發射裝置產生多個標準光訊號；藉由光電路系統的第一光學裝置群組的多個第一光學裝置接收多個標準光訊號，其中多個第一光學裝置各自具有一穿透參數；藉由多個第一光學裝置根據多個標準光訊號及穿透參數產生多個第一光訊號；藉由光電路系統的第二光學裝置群組的多個第二光學裝置接收多個第一光訊號，其中多個第二光學裝置各自具有多個穿透參數；藉由多個第二光學裝置根據多個第一光訊號及多個穿透參數產生多個第二光訊號；以及藉由多個第二光學裝置根據多個第二光訊號產生多個結合光訊號。多個第一光學裝置的其中一者所產生的多個第一光訊號的光強度相關於神經網路的第一級的多個神經元資料的其中一者，多個第二光學裝置的其中一者所產生的多個第二光訊號的光強度相關於神經網路的第二級的多個神經元資料的其中一者。

在光通訊方法的一些實施例中，光通訊方法更包含：藉由光電路系統的電源供應裝置分別提供多個供應電壓至多個第一光學裝置及多個第二光學裝置，以調整多個第一光學裝置及多個第二光學裝置的多個穿透參數。

在光通訊方法的一些實施例中，藉由多個第二光學裝置根據多個第二光訊號產生多個結合光訊號包含：藉由每個第二光學裝置的光結合裝置接收多個第二光訊號；以及藉由光結合裝置加總多個第二光訊號的光強度，以產生多個結合光訊號。多個第二光訊號的光強度的總和等於多個第一光訊號的光強度分別與多個第二光學裝置的其中一者的多個穿透參數的乘積之總和。

在光通訊方法的一些實施例中，光通訊方法更包含：藉由雷射發射裝置產生直射光訊號至多個第二光學裝置的光結合裝置。藉由多個第二光學裝置根據多個第二光訊號產生多個結合光訊號包含：藉由每個第二光學裝置的光結合裝置接收多個第二光訊號及直射光訊號；以及藉由光結合裝置加總多個第二光訊號的光強度及直射光訊號的光強度，以產生多個結合光訊號。多個第二光訊號的光強度的總和等於多個第一光訊號的光強度分別與多個第二光學裝置的其中一者的多個穿透參數的乘積之總和。

在光通訊方法的一些實施例中，光通訊方法更包含：藉由耦接至光電路系統的運算裝置根據多個結合光訊號產生控制指令至電源供應裝置；以及藉由電源供應裝置根據控制指令調整多個供應電壓。

在光通訊方法的一些實施例中，光通訊方法更包含：藉由耦接至光電路系統的運算裝置根據多個結合光訊號產生控制指令至電源供應裝置；藉由電源供應裝置根據控制指令調整提供至光電路系統的第三光學裝置群組及第四光學裝置群組的多個供應電壓；藉由第三光學裝置群組的多個第三光學裝置接收多個供應電壓及多個標準光訊號，以產生多個第三光訊號；以及藉由第四光學裝置群組的多個第四光學裝置接收多個第三光訊號及多個供應電壓，以產生多個第四光訊號。多個第三光訊號的光強度相關於多個結合光訊號，且相關於神經網路的第二級的多個神經元資料的其中一者。多個第四光訊號的光強度相關於神經網路的第三級的多個神經元資料的其中一者。

透過本揭示文件的光電路系統及光通訊方法，可以透過光電路取代透過多條導線連接的傳統電路，以實現神經網路的運算。由於光電路的特性，因此本揭示文件的光電路系統及光通訊方法可以在不大幅降低電路的能源效率的同時，改善電路的可靠度並減少訊號的延遲，還可以簡化電路的佈線並降低設計的複雜度。

以下將配合相關圖式來說明本揭示文件的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。

於本揭示文件中，當一元件被稱為「連接」時，可指「電性連接」或「光連接」，當一元件被稱為「耦接」時，可指「電性耦接」或「光耦接」。「連接」或「耦接」亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則「一」與「該」可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之「包含」、「包括」、「具有」及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件與/或其中之群組。

第1圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的光電路系統100的功能方塊圖。光電路系統100用以提供神經網路執行運算。在一些實施例中，光電路系統100包含雷射發射裝置110、第一光學裝置群組120、第二光學裝置群組130、電源供應裝置140、非線性光學裝置150及光接收裝置160。

為了清楚起見，第1圖中的光訊號以虛線繪示，光訊號以外之訊號（例如，電壓訊號）以實線繪示。在一些實施例中，光訊號的傳遞路徑（即第1圖中的虛線）可以是空氣、玻璃或其他透明介質。

雷射發射裝置110光耦接至第一光學裝置群組120。具體而言，雷射發射裝置110會藉由傳遞光訊號至第一光學裝置群組120的方式與第一光學裝置群組120通訊。在一些實施例中，雷射發射裝置110包含雷射產生器111及分光器112。雷射產生器111用以產生雷射訊號LS至分光器112。分光器112用以自雷射產生器111接收雷射訊號LS，並產生多個標準光訊號OS_S（標示於第2A圖）至第一光學裝置群組120。

第一光學裝置群組120光耦接至雷射發射裝置110及第二光學裝置群組130，且耦接至電源供應裝置140。在一些實施例中，第一光學裝置群組120包含第一光學裝置120A、120B、120C。關於每個第一光學裝置中的構造，請進一步參照第2A圖。

由於第一光學裝置120A、120B、120C的結構及運作方式相似，為了簡潔起見，第2A圖僅針對第一光學裝置120A的結構及運作方式進行說明。第2A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的第一光學裝置120A的示意圖。在一些實施例中，第一光學裝置120A包含光學操控（steering）裝置121及光電調整器122。

光學操控裝置121位於光電調整器122的兩側，用以操控光訊號（例如，改變方向、調整相位等）。在一些實施例中，光學操控裝置121可以藉由轉換透鏡（transform lens）、光相位陣列（optical phase array）、光柵耦合器（grating coupler）、光子晶體（photonic crystal）、其他相似的光學元件或上述之任意組合來實現。

光電調整器122光耦接至光學操控裝置121且耦接至電源供應裝置140，用以自光學操控裝置121接收標準光訊號OS_S，自電源供應裝置140接收供應電壓V1_A，並根據標準光訊號OS_S及供應電壓V1_A產生第一光訊號OS_1A。在一些實施例中，光電調整器122可以藉由電至變色玻璃（electrochromic glass）、吸收調變器（absorption modulator）、光閥（light valve）、其他相似的光學元件或上述之任意組合來實現。

詳細而言，首先，光學操控裝置121自雷射發射裝置110接收的多個標準光訊號OS_S，並操控這些標準光訊號OS_S，使標準光訊號OS_S傳遞至光電調整器122。接著，光電調整器122根據標準光訊號OS_S及供應電壓V1_A產生的第一光訊號OS_1A至另一側光學操控裝置121。最後，另一側光學操控裝置121操控第一光訊號OS_1A，以使第一光訊號OS_1A傳遞至第二光學裝置群組130。

在一些實施例中，光電調整器122所產生的第一光訊號OS_1A的光強度與光電調整器122內的光電透鏡（在第2A圖中繪示為光電調整器122中的圓形圖案）的穿透參數相關，而此穿透參數又與光電透鏡接收到的電壓相關。

請進一步參照第2B圖。第2B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的第一光學裝置群組120產生第一光訊號OS_1A、OS_1B、OS_1C的示意圖。應注意，為了簡潔起見，第一光學裝置120A、120B、120C中僅繪示其中一個光電透鏡EG，除了該光電透鏡EG以外的元件被省略。

在操作上，電源供應裝置140分別傳遞供應電壓V1_A、V1_B、V1_C至第一光學裝置120A、120B、120C中的光電透鏡EG，使得第一光學裝置120A、120B、120C分別產生光強度為a、b、c的第一光訊號OS_1A、OS_1B、OS_1C。

在一些實施例中，供應電壓V1_A、V1_B、V1_C彼此不同。換句話說，第一光學裝置120A、120B、120C中的光電透鏡EG的穿透參數彼此不同。在一些實施例中，相同的第一光學裝置中的光電透鏡接收相同的供應電壓。舉例而言，第2A圖的第一光學裝置120A中的四個光電透鏡EG皆接收相同的供應電壓V1_A，因此會產生四個相同的第一光訊號OS_1A。

請再次參照第1圖。第二光學裝置群組130光耦接至第一光學裝置群組120，且耦接至雷射發射裝置110、電源供應裝置140及非線性光學裝置150。在一些實施例中，第二光學裝置群組130包含第二光學裝置130A、130B、130C、130D。關於每個第二光學裝置中的構造，請進一步參照第3A圖。

由於第二光學裝置130A、130B、130C、130D的結構及運作方式相似，為了簡潔起見，第3A~3B圖僅針對第二光學裝置130A的結構及運作方式進行說明。第3A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的第二光學裝置130A的示意圖。在一些實施例中，第二光學裝置130A包含光學操控裝置131、光電調整器132及光結合裝置133。

光學操控裝置131光耦接至光電調整器132，用以接收第一光訊號OS_1A、OS_1B、OS_1C，並將第一光訊號OS_1A、OS_1B、OS_1C傳遞至光電調整器132。光電調整器132光耦接至光學操控裝置131、光結合裝置133且耦接至電源供應裝置140，用以自光學操控裝置131接收經過操控的第一光訊號OS_1A、OS_1B、OS_1C，自電源供應裝置140接收供應電壓V2_A~V2_C，並根據第一光訊號OS_1A、OS_1B、OS_1C及供應電壓V2_A~V2_C產生第二光訊號OS_21~OS_23。

光結合裝置133光耦接至光電調整器132且耦接至雷射發射裝置110，用以分別自光電調整器132及雷射發射裝置110接收第二光訊號OS_21~OS_23及直射光訊號OS_D，以產生結合光訊號OS_2A。

與第一光學裝置120A的光電調整器122相似地，第二光學裝置130A的光電調整器132所產生的第二光訊號OS_21~OS_23的光強度同樣與光電調整器132內的光電透鏡（在第3A圖中繪示為光電調整器132中的圓形圖案）的穿透參數相關，而此穿透參數同樣與光電透鏡接收到的電壓相關。然而，光電調整器132與光電調整器122的差異之處在於，光電調整器132中的每個光電透鏡接收不同的供應電壓，因此具有不同的穿透參數（即光電調整器132具有多個穿透參數）。

請進一步參照第3B圖。第3B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的第二光學裝置130A產生第二光訊號OS_21~OS_23的示意圖。在操作上，電源供應裝置140分別傳遞彼此不同的供應電壓V2_A、V2_B、V2_C至第二光學裝置130A中的三個光電透鏡EG，使得三個光電透鏡EG分別具有不同的穿透參數，進而根據第一光訊號OS_1A、OS_1B、OS_1C及各自的穿透參數產生光強度為a*α1、b*α2、c*α3的第二光訊號OS_21、OS_22、OS_23至光結合裝置133。此外，雷射發射裝置110也會產生光強度為d的直射光訊號OS_D至光結合裝置133。最後，光結合裝置133根據接收到的第二光訊號OS_21、OS_22、OS_23及直射光訊號OS_D，產生光強度為a*α1+b*α2+c*α3+d的結合光訊號OS_2A。

在一些實施例中，雷射發射裝置110可以不連接至光結合裝置133。換句話說，光結合裝置133可以不接收直射光訊號OS_D。以第3B圖的實例為例，當光結合裝置133沒接收直射光訊號OS_D時，產生的結合光訊號OS_2A的光強度會是a*α1+b*α2+c*α3。

請再次參照第1圖。非線性光學裝置150耦接至第二光學裝置群組130及光接收裝置160，用以將自第二光學裝置群組130接收的光訊號轉換為非線性的訊號。在一些實施例中，非線性光學裝置150可以藉由非線性光纖、非線性波導（waveguide）、其他相似的光學元件或上述之任意組合來實現。

光接收裝置160耦接至非線性光學裝置150，用以將自非線性光學裝置150接收的非線性訊號轉換為數位訊號DIG1~DIG4。在一些實施例中，光接收裝置160可以藉由放大器、衰減器、類比數位轉換器、其他相似的元件或上述之任意組合來實現。

在一些實施例中，光電路系統100中的非線性光學裝置150及/或光結合裝置133可以被省略。換句話說，光接收裝置160可以直接從多個第二光學裝置接收多個第二光訊號，進而產生數位訊號DIG1~DIG4。

應注意，第1~3B圖中的第一光學裝置、第二光學裝置、光學裝置中的光電透鏡EG、光訊號及數位訊號的數量僅為示例，非用以限制本揭示文件，其他第一光學裝置、第二光學裝置、光學裝置中的光電透鏡EG、光訊號及數位訊號的數量均在本揭示文件的範圍內。

透過光電路系統100的光訊號的傳遞與結合，可以實現神經網路中的兩個級（level）的多個神經元之間的運算。請參照第4圖。第4圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的神經網路的示意圖。

在一些實施例中，第1圖的第一光學裝置120A、120B、120C分別對應至第4圖的神經網路的第一級的神經元N11、N12、N13，其中第一光學裝置120A、120B、120C所產生的第一光訊號OS_1A、OS_1B、OS_1C的光強度（即a、b、c）分別對應至神經元N11、N12、N13所儲存的資料。

另一方面，第1圖的第二光學裝置130A、130B、130C、130D則分別對應至第4圖的神經網路的第二級的神經元N21、N22、N23、N24，其中第二光學裝置130A、130B、130C、130D所產生的結合光訊號的光強度分別對應至神經元N21、N22、N23、N24所儲存的資料。以第3B圖的實例為例，第二光學裝置130A產生了光強度為a*α1+b*α2+c*α3+d的結合光訊號OS_2A，此光強度對應至神經網路的第二級的神經元N21所儲存的資料。

光電路系統100產生的數位訊號DIG1~DIG4可以被運算裝置（例如，中央處理單元（CPU））所接收，進而計算出神經網路的對應級的資料。此外，透過將數位訊號DIG1~DIG4傳遞至電源供應裝置140，光電路系統100還可以實現神經網路的多個級的運算。請參照第5A圖，第5A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的光電路系統100的功能方塊圖。應注意，為了圖式簡潔起見，第5A圖的光電路系統100中的部分元件被省略。

在第5A圖的實施例中，光電路系統100將其產生的數位訊號DIG1~DIG4傳遞至運算裝置170進行運算，以計算出神經網路的對應級的神經元資料。此外，運算裝置170更耦接至光電路系統100的電源供應裝置140，用以根據數位訊號DIG1~DIG4產生對應的控制指令CTR，以調整電源供應裝置140提供的供應電壓，進而改變第一光學裝置群組120及第二光學裝置群組130中的多個穿透參數，並進一步產生新的數位訊號DIG1~DIG4。

透過上述的回饋的操作，可以使光電路系統100對神經網路執行多個級的運算。例如，在第一次操作中，第一光學裝置群組120及第二光學裝置群組130分別對應至神經網路的第一級及第二級；在第二次操作中，透過運算裝置控制供應電壓，可以使第一光學裝置群組120及第二光學裝置群組130分別對應至神經網路的第二級及第三級；在第三次操作中，透過運算裝置再度控制供應電壓，可以使第一光學裝置群組120及第二光學裝置群組130分別對應至神經網路的第三級及第四級，以此類推。

在一些實施例中，光電路系統100可以包含多個子系統，並透過這些子系統實現神經網路的多個級的運算。請參照第5B圖，第5B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的光電路系統100的功能方塊圖。

在第5B圖的實施例中，光電路系統100包含子系統200、300，其中子系統200、300各自包含如第1圖所示的光電路系統100中的元件，因此在此不重覆贅述子系統200、300的內部結構。應注意，為了圖式簡潔起見，子系統200、300中的部分元件在第5B圖中被省略。

在操作上，首先，透過子系統200的電源供應裝置140控制多個穿透參數，子系統200的第一光學裝置群組及第二光學裝置群組會分別對應至神經網路的第一級及第二級。接著，子系統200會將其產生的數位訊號DIG1~DIG4傳遞至運算裝置170。根據數位訊號DIG1~DIG4運算裝置170會傳送控制指令至子系統300的電源供應裝置140，以調整子系統300的電源供應裝置140所提供的供應電壓，進而改變子系統300的多個穿透參數，以將子系統300的第一光學裝置群組及第二光學裝置群組分別對應至神經網路的第二級及第三級，並產生新的數位訊號DIG’。透過上述的多個子系統的連接，可以使光電路系統100對神經網路執行多個級的運算。

在一些實施例中，第5B圖中的子系統200、300之間的運算裝置170可以被省略。因此，子系統200會直接將其產生的光學訊號提供至子系統300，而子系統300可以藉由該光學訊號進行下一級神經網路之運算。換句話說，光電路系統100中的相鄰子系統之間可以具有運算裝置（即將光學訊號轉換為數位訊號進行通訊），也可以不具有運算裝置（即直接透過光學訊號進行通訊）。

此外，在一些未繪示的實施例中，光電路系統100可以包含更多個子系統（例如，比第5B圖中的兩個子系統更多），且對應至神經網路之最上級的子系統（例如，第5B圖中的子系統300）中的第二光學裝置群組耦接至一運算裝置，以將該子系統所產生的光學訊號傳換為數位訊號以進行輸出。

在一些實施例中，光電路系統100中的元件可以設置於相同的水平平面上。在一些實施例中，光電路系統100中的元件也可以分別設置於不同水平面上，以實現三維立體架構，進而改善節點密度（node density）。舉例而言，在光電路系統100中，雷射發射裝置110、第一光學裝置群組120、第二光學裝置群組130、電源供應裝置140、非線性光學裝置150及光接收裝置160沿著水平方向排列，而第一光學裝置群組120中的第一光學裝置120A、120B、120C及第二光學裝置群組130中的第二光學裝置130A、130B、130C、130D則沿著垂直方向排列，因此實現了三維立體架構。

第6圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的光通訊方法600的流程圖。在一些實施例中，光通訊方法600用以控制光電路系統（例如，光電路系統100）執行神經網路運算，包含步驟S610、S620、S630、S640、S650、S660、S670、S680、S690、S695。

在步驟S610中，藉由光電路系統的雷射發射裝置產生多個標準光訊號。接著，步驟S620會被執行。

在步驟S620中，藉由光電路系統的第一光學裝置群組的多個第一光學裝置接收多個標準光訊號，其中這些第一光學裝置各自具有一穿透參數。接著，步驟S630會被執行。

在步驟S630中，藉由多個第一光學裝置根據多個標準光訊號及穿透參數產生多個第一光訊號。接著，步驟S640會被執行。

在步驟S640中，藉由光電路系統的第二光學裝置群組的多個第二光學裝置，自多個第一光學裝置接收多個第一光訊號，其中這些第二光學裝置各自具有多個穿透參數。接著，步驟S650會被執行。

在步驟S650中，藉由多個第二光學裝置根據多個第一光訊號及多個穿透參數產生多個第二光訊號。接著，步驟S660會被執行。

在步驟S660中，藉由多個第二光學裝置根據多個第二光訊號產生多個結合光訊號，並藉由運算裝置根據多個結合光訊號產生控制指令。接著，步驟S670會被執行。

在步驟S670中，會判斷光電路系統是否已完成對應於神經網路的所有級的運算。若光電路系統尚未完成對應於神經網路的所有級的運算，步驟S680會被執行。

在步驟S680中，會判斷光電路系統是否具有多個子系統。若光電路系統沒有多個子系統（例如，第5A圖的實施例），步驟S690會被執行；若光電路系統具有多個子系統（例如，第5B圖的實施例），步驟S695會被執行。

在步驟S690中，藉由運算裝置將根據結合光訊號產生的控制指令傳遞至光電路系統的電源供應裝置，以調整光電路系統的多個穿透參數，進而進行神經網路的下一級的運算。接著，步驟S670會再次被執行。

在步驟S695中，藉由運算裝置將根據其中一子系統的結合光訊號產生的控制指令傳遞至另一子系統的電源供應裝置，以調整該另一子系統的穿透參數，進而進行神經網路的下一級的運算。接著，步驟S670會再次被執行。

應注意，本揭示文件的光通訊方法600中的步驟的數量及順序僅為示例，非用以限制本揭示文件，其他步驟的數量及順序均在本揭示文件的範圍內。在一些實施例中，步驟S670、S680、S690、S695可以被省略。

透過本揭示文件的光電路系統100及光通訊方法600，可以透過光電路實現神經網路的運算。相較於傳統的以導線連接的電路，本揭示文件的光電路系統100由於使用了光訊號，可以減少訊號傳遞路徑上的等效電阻，進而在不大幅降低電路的能源效率的同時，改善電路的可靠度並減少訊號的延遲。此外，不同於實體導線會有佈線重疊、阻擋的問題，光線的傳遞路徑可以自由地穿插，因此本揭示文件的光電路系統100還可以簡化電路的佈線並降低設計的複雜度。

以上僅為本揭示文件的較佳實施例，在不脫離本揭示文件的範圍或精神的情況下，本揭示文件的結構可以進行各種修飾和均等變化。綜上所述，凡在以下請求項的範圍內對於本揭示文件所做的修飾以及均等變化，皆為本揭示文件所涵蓋的範圍。

100:光電路系統 110:雷射發射裝置 111:雷射產生器 112:分光器 120:第一光學裝置群組 120A~120C:第一光學裝置 121:光學操控裝置 122:光電調整器 130:第二光學裝置群組 130A~130D:第二光學裝置 131:光學操控裝置 132:光電調整器 133:光結合裝置 140:電源供應裝置 150:非線性光學裝置 160:光接收裝置 170:運算裝置 200,300:子系統 600:光通訊方法 S610,S620,S630:步驟 S640,S650,S660:步驟 S670,S680,S690,S695:步驟 CTR:控制指令 DIG1~DIG4,DIG’:數位訊號 EG:光電透鏡 LS:雷射訊號 N11~N13,N21~N24:神經元 OS_1A,OS_1B,OS_1C:第一光訊號 OS_21,OS_22,OS_23:第二光訊號 OS_2A:結合光訊號 OS_D:直射光訊號 OS_S:標準光訊號 V1_A,V1_B,V1_C:供應電壓 V2_A,V2_B,V2_C:供應電壓

為使本揭示文件之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的光電路系統的功能方塊圖；第2A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的第一光學裝置的示意圖；第2B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的第一光學裝置群組產生第一光訊號的示意圖；第3A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的第二光學裝置的示意圖；第3B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的第二光學裝置產生第二光訊號的示意圖；第4圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的神經網路的示意圖；第5A圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的光電路系統的功能方塊圖；第5B圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的光電路系統的功能方塊圖；以及第6圖為根據本揭示文件的一些實施例所繪示的光通訊方法的流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)無

100:光電路系統

110:雷射發射裝置

111:雷射產生器

112:分光器

120:第一光學裝置群組

120A~120C:第一光學裝置

130:第二光學裝置群組

130A~130D:第二光學裝置

140:電源供應裝置

150:非線性光學裝置

160:光接收裝置

DIG1~DIG4:數位訊號

LS:雷射訊號

Claims (20)

1. 一種光電路系統，用以執行一神經網路運算，包含：一雷射發射裝置，用以產生多個標準光訊號；一第一光學裝置群組，包含多個第一光學裝置，用以自該雷射發射裝置接收該多個標準光訊號，其中該多個第一光學裝置各自具有一穿透參數，且各自用以根據該多個標準光訊號及該穿透參數產生多個第一光訊號；以及一第二光學裝置群組，包含多個第二光學裝置，用以自該第一光學裝置群組接收該多個第一光訊號，其中該多個第二光學裝置各自具有多個穿透參數，且各自用以根據該多個第一光訊號及該多個穿透參數產生多個第二光訊號，進而產生一結合光訊號，其中該多個第一光學裝置的其中一者所產生的該多個第一光訊號的光強度相關於一神經網路的一第一級的多個神經元資料的其中一者，該多個第二光學裝置的其中一者所產生的該多個第二光訊號的光強度相關於該神經網路的一第二級的多個神經元資料的其中一者，其中該多個第一光學裝置各自包含一光電調整器及多個光學操控裝置，該光電調整器用以根據該多個標準光訊號及該穿透參數產生該多個第一光訊號，其中該穿透參數獨立於該多個標準光訊號，且該多個光學操控裝置位於該光電調整器的兩側，用以控制該多個標準光訊號及該多個第一光訊號的一方向及一相位。
2. 如請求項1所述之光電路系統，其中該多個第一光學裝置的該穿透參數彼此不同，且該多個第二光學裝置中的任一者所具有的該多個穿透參數彼此不同。
3. 如請求項1所述之光電路系統，更包含一電源供應裝置，其中該電源供應裝置耦接至該多個第一光學裝置及該多個第二光學裝置，用以分別提供多個供應電壓至該多個第一光學裝置及該多個第二光學裝置，以調整該多個第一光學裝置及該多個第二光學裝置的該多個穿透參數。
4. 如請求項3所述之光電路系統，其中該多個第二光學裝置各自包含一光結合裝置，用以根據該多個第二光學裝置的該其中一者的該多個第二光訊號產生該結合光訊號。
5. 如請求項4所述之光電路系統，其中該結合光訊號的光強度相關於該多個第二光學裝置的該其中一者產生的該多個第二光訊號的光強度的一總和，且該多個第二光訊號的光強度的該總和等於該多個第一光訊號的光強度分別與該多個第二光學裝置的該其中一者的該多個穿透參數的乘積之一總和。
6. 如請求項4所述之光電路系統，其中該雷射發射裝置更用以產生一直射光訊號至該光結合裝置，且其中該結合光訊號的光強度相關於該多個第二光學裝置的該其中一者產生的該多個第二光訊號的光強度的一總和，且該多個第二光訊號的光強度的該總和等於該多個第一光訊號的光強度分別與該多個第二光學裝置的該其中一者的該多個穿透參數的乘積及該直射光訊號的光強度之一總和。
7. 如請求項4所述之光電路系統，其中該光結合裝置及該電源供應裝置耦接至一運算裝置，該運算裝置用以根據該結合光訊號產生一控制指令至該電源供應裝置，以調整該多個供應電壓。
8. 一種光電路系統，用以執行一神經網路運算，包含：一第一級子系統；以及一第二級子系統，耦接至該第一級子系統，其中該第一級子系統及該第二級子系統各自包含：一雷射發射裝置，用以產生多個標準光訊號；一第一光學裝置群組，包含多個第一光學裝置，用以自該雷射發射裝置接收該多個標準光訊號，其中該多個第一光學裝置各自具有一穿透參數，且各自用以根據該多個標準光訊號及該穿透參數產生多個第一光訊號；以及一第二光學裝置群組，包含多個第二光學裝置，用以自該第一光學裝置群組接收該多個第一光訊號，其中該多個第二光學裝置各自具有多個穿透參數，且各自用以根據該多個第一光訊號及該多個穿透參數產生多個第二光訊號，進而產生一結合光訊號，其中該多個第一光學裝置各自包含一光電調整器及多個光學操控裝置，該光電調整器用以根據該多個標準光訊號及該穿透參數產生該多個第一光訊號，其中該穿透參數獨立於該多個標準光訊號，且該多個光學操控裝置位於該光電調整器的兩側，用以控制該多個標準光訊號及該多個第一光訊號的一方向及一相位，其中該第二級子系統的該多個第一光學裝置所產生的該多個第一光訊號的光強度相關於該第一級子系統的該多個第二光學裝置所產生的該多個第二光訊號的光強度，其中該第一級子系統的該多個第一光學裝置的其中一者所產生的該多個第一光訊號的光強度相關於一神經網路的一第一級的多個神經元資料的其中一者，其中該第一級子系統的該多個第二光學裝置的其中一者所產生的該多個第二光訊號的光強度及該第二級子系統的該多個第一光學裝置的其中一者所產生的該多個第一光訊號的光強度相關於該神經網路的一第二級的多個神經元資料的其中一者，且其中該第二級子系統的該多個第二光學裝置的其中一者所產生的該多個第二光訊號的光強度相關於該神經網路的一第三級的多個神經元資料的其中一者。
9. 如請求項8所述之光電路系統，其中該第一級子系統的該多個第一光學裝置的該穿透參數彼此不同，該第二級子系統的該多個第一光學裝置的該穿透參數彼此不同，該第一級子系統的該多個第二光學裝置中的任一者所具有的該多個穿透參數彼此不同，且該第二級子系統的該多個第二光學裝置中的任一者所具有的該多個穿透參數彼此不同。
10. 如請求項8所述之光電路系統，其中該第一級子系統及該第二級子系統各自更包含一電源供應裝置，該電源供應裝置耦接至該多個第一光學裝置及該多個第二光學裝置，用以分別提供多個供應電壓至該多個第一光學裝置及該多個第二光學裝置，以調整該多個第一光學裝置及該多個第二光學裝置的該多個穿透參數。
11. 如請求項10所述之光電路系統，其中該第一級子系統及該第二級子系統的該多個第二光學裝置各自包含一光結合裝置，用以根據該多個第二光學裝置的該其中一者的該多個第二光訊號產生該結合光訊號。
12. 如請求項11所述之光電路系統，其中該結合光訊號的光強度相關於該多個第二光學裝置的該其中一者產生的該多個第二光訊號的光強度的一總和，且該多個第二光訊號的光強度的該總和等於該多個第一光訊號的光強度分別與該多個第二光學裝置的該其中一者的該多個穿透參數的乘積之一總和。
13. 如請求項11所述之光電路系統，其中該第一級子系統及該第二級子系統的該雷射發射裝置更用以產生一直射光訊號至該光結合裝置，且其中該結合光訊號的光強度相關於該多個第二光學裝置的該其中一者產生的該多個第二光訊號的光強度的一總和，且該多個第二光訊號的光強度的該總和等於該多個第一光訊號的光強度分別與該多個第二光學裝置的該其中一者的該多個穿透參數的乘積及該直射光訊號的光強度之一總和。
14. 如請求項11所述之光電路系統，其中該第一級子系統的該光結合裝置及該第二級子系統的該電源供應裝置耦接至一運算裝置，該運算裝置用以根據該第一級子系統的該結合光訊號產生一控制指令至該第二級子系統的該電源供應裝置，以調整該第二級子系統的該多個供應電壓。
15. 一種光通訊方法，用以控制一光電路系統執行一神經網路運算，包含：藉由該光電路系統的一雷射發射裝置產生多個標準光訊號；藉由該光電路系統的一第一光學裝置群組的多個第一光學裝置接收該多個標準光訊號，其中該多個第一光學裝置各自具有一穿透參數；藉由該多個第一光學裝置的一光電調整器根據該多個標準光訊號及該穿透參數產生多個第一光訊號，其中該穿透參數獨立於該多個標準光訊號，且藉由該多個第一光學裝置的多個光學操控裝置控制該多個標準光訊號及該多個第一光訊號的一方向及一相位，其中該多個光學操控裝置位於該光電調整器的兩側；藉由該光電路系統的一第二光學裝置群組的多個第二光學裝置接收該多個第一光訊號，其中該多個第二光學裝置各自具有多個穿透參數；藉由該多個第二光學裝置根據該多個第一光訊號及該多個穿透參數產生多個第二光訊號；以及藉由該多個第二光學裝置根據該多個第二光訊號產生多個結合光訊號，其中該多個第一光學裝置的其中一者所產生的該多個第一光訊號的光強度相關於一神經網路的一第一級的多個神經元資料的其中一者，該多個第二光學裝置的其中一者所產生的該多個第二光訊號的光強度相關於該神經網路的一第二級的多個神經元資料的其中一者。
16. 如請求項15所述之光通訊方法，更包含：藉由該光電路系統的一電源供應裝置分別提供多個供應電壓至該多個第一光學裝置及該多個第二光學裝置，以調整該多個第一光學裝置及該多個第二光學裝置的該多個穿透參數。
17. 如請求項16所述之光通訊方法，其中藉由該多個第二光學裝置根據該多個第二光訊號產生該多個結合光訊號包含：藉由每個第二光學裝置的一光結合裝置接收該多個第二光訊號；以及藉由該光結合裝置加總該多個第二光訊號的光強度，以產生該多個結合光訊號，其中該多個第二光訊號的光強度的一總和等於該多個第一光訊號的光強度分別與該多個第二光學裝置的其中一者的該多個穿透參數的乘積之一總和。
18. 如請求項16所述之光通訊方法，更包含：藉由該雷射發射裝置產生一直射光訊號至該多個第二光學裝置的一光結合裝置，其中藉由該多個第二光學裝置根據該多個第二光訊號產生該多個結合光訊號包含：藉由每個第二光學裝置的該光結合裝置接收該多個第二光訊號及該直射光訊號；以及藉由該光結合裝置加總該多個第二光訊號的光強度及該直射光訊號的光強度，以產生該多個結合光訊號，其中該多個第二光訊號的光強度的一總和等於該多個第一光訊號的光強度分別與該多個第二光學裝置的其中一者的該多個穿透參數的乘積之一總和。
19. 如請求項18所述之光通訊方法，更包含：藉由耦接至該光電路系統的一運算裝置根據該多個結合光訊號產生一控制指令至該電源供應裝置；以及藉由該電源供應裝置根據該控制指令調整該多個供應電壓。
20. 如請求項18所述之光通訊方法，更包含：藉由耦接至該光電路系統的一運算裝置根據該多個結合光訊號產生一控制指令至該電源供應裝置；藉由該電源供應裝置根據該控制指令調整提供至該光電路系統的一第三光學裝置群組及一第四光學裝置群組的該多個供應電壓；藉由該第三光學裝置群組的多個第三光學裝置接收該多個供應電壓及該多個標準光訊號，以產生多個第三光訊號；以及藉由該第四光學裝置群組的多個第四光學裝置接收該多個第三光訊號及該多個供應電壓，以產生多個第四光訊號，其中該多個第三光訊號的光強度相關於該多個結合光訊號，且相關於該神經網路的該第二級的該多個神經元資料的該其中一者，且其中該多個第四光訊號的光強度相關於該神經網路的一第三級的多個神經元資料的其中一者。