基于混合信号光子 SRAM 的高速能效光子张量核心及新型电光 ADC
光学
2025-07-01 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
物联网（IoT）、人工智能（AI）和机器学习（ML）应用的快速数据增长，对 ultra-fast、可扩展且高能效的硬件提出了挑战，传统 von Neumann 架构因内存与处理单元之间的数据传输瓶颈，在技术扩张后，电气互连延迟日益显著。此外，随着技术扩张，传统电气内存技术受限于较大的 bitline 与 wordline 电容，以及紧凑且较长互连的电阻。相比之下，基于光子的存储计算系统在速度和能效方面显著优于传统晶体管系统，由于其超高工作频率、低串扰和高数据带宽。因此，我们提出一种新型的差分光子 SRAM（pSRAM）比特单元增强型可扩展混合信号多位光子张量核心，实现高速、能效的矩阵乘法运算。此外，我们提出一种新型 1-hot 编码电光模拟-数字转换器（eoADC）架构，将乘法输出转换为数字比特流，支持电气域的处理。我们设计的光子张量核心采用 GlobalFoundries 的单晶 45SPCLO 工艺节点，实现计算速度为 4.10 tera-operations per second（TOPS），能效为 3.02 TOPS/W。
引用
@article{arxiv.2506.22705,
title = {A Mixed-Signal Photonic SRAM-based High-Speed Energy-Efficient Photonic Tensor Core with Novel Electro-Optic ADC},
author = {Md Abdullah-Al Kaiser and Sugeet Sunder and Ajey P. Jacob and Akhilesh R. Jaiswal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.22705},
year = {2025}
}
备注
7 pages, 10 figures, 1 table