特許 7042777 多重ビット光コンピューティングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-17

(45)【発行日】2022-03-28

(54)【発明の名称】多重ビット光コンピューティングシステム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/80 20130101AFI20220318BHJP

【ＦＩ】

H04B10/80

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019154465

(22)【出願日】2019-08-27

(65)【公開番号】P2020178334

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2019-08-27

(31)【優先権主張番号】108113392

(32)【優先日】2019-04-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】504015377

【氏名又は名称】方可成

(74)【代理人】

【識別番号】100166372

【弁理士】

【氏名又は名称】山内 博明

(74)【代理人】

【識別番号】100115451

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 武史

(72)【発明者】

【氏名】方 可成

【審査官】対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５０２１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０２１７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５５７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０１６３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２９３８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１２３９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１４９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３０７７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０２４６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０５４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２８８２８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周波数が異なる光信号を含む光信号を生成する光源モジュールと、
前記光信号を受信するために前記光源モジュールに接続された入力端子を有する光路モジュールと、
複数の記憶ユニットを有し、前記記憶ユニットのそれぞれが、前記光路モジュールを介して光情報として記憶される前記光信号の１つを受信する、光情報記憶モジュールと、
前記光路モジュールを介して前記光情報記憶モジュールに接続され、外部命令を受信する光処理モジュールと、
を備え、
前記光情報記憶モジュールの前記記憶ユニットのそれぞれは、
（ｉ）前記光信号が記憶される複数のバッファを含み、前記バッファのそれぞれが吸収状態と通過状態とを有するか、又は、
（ｉｉ）複数のバッファと、
光電変換ユニットであって、前記各バッファが前記光電変換ユニット及び前記光路モジュールを介して前記光源モジュールに接続されていて、前記バッファのそれぞれに記憶される電気信号に前記光信号を変換する前記光電変換ユニットと、
電気光変換ユニットであって、前記各バッファが前記電気光変換ユニット及び前記光路モジュールを介して前記光処理モジュールに接続され、前記各バッファに格納された電気信号を前記光情報に変換する前記電気光変換ユニットと、を含み、
前記光処理モジュールは、複数の光制御スイッチを備え、前記各スイッチは２つの接続端子と１つの制御端子とを有し、前記光制御スイッチの１つの制御端子が制御光信号を受信する場合に、前記光制御スイッチの２つの接続端子間は通過状態であり、前記各光制御スイッチはフォトレジストユニット及びフォトセンシティブユニットを備え、前記外部命令に従って前記光情報記憶モジュールから前記各記憶ユニット内の光情報にアクセスし、前記光情報に対して命令演算を実行し、複数の出力情報を出力し、前記各出力情報は、前記光路モジュールによって伝送されて前記光情報記憶モジュールの前記各記憶ユニットに記憶される、多重ビット光コンピューティングシステム。

【請求項2】

さらに、光路ボードを備え、前記光路モジュールは、フォトリソグラフィ及びレーザー処理又はエッチング処理によって前記光路ボードに形成される、請求項１記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

【請求項3】

前記光路ボードは、シリコン基板、ガラス基板又はプラスチックガラス基板である、請求項２記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

【請求項4】

さらに、前記光路ボードに配置された光電変換モジュールを備え、前記光電変換モジュールは、前記光路モジュールに接続された複数の光検出器を含み、前記光検出器のそれぞれは、前記光信号を受信してそれぞれの光信号に応じてディジタル情報を生成する、請求項２記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

【請求項5】

前記光源モジュールは、複数の発光ダイオードを含み、前記各発光ダイオードは、制御信号を受信して、それに応じた周波数のバイナリディジタル信号である光信号を生成する、請求項１記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンピューティングシステムに関し、特に、多重ビット光コンピューティングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

既存の電子コンピューターは、「０」を表す低電圧信号と「１」を表す高電圧信号とからなる２つのディジタル電位信号を用いることによって情報を伝送しており、さらに、記憶モジュールと処理モジュールとを備えている。記憶モジュールは、ソリッドステート情報を記憶するため、入力ディジタル信号を変換する。処理モジュールは、記憶モジュールからソリッドステート情報を読み出し、算術演算及び比較演算で構成される複雑な演算命令を実行する。

【0003】

現在の電子コンピューターは、信号伝送し、かつ、計算をするために電圧信号を用いているので、電位信号の１シーケンスしか、単一の回路チャネルで一度に伝送することができない。さらに、処理モジュールは、単一の計算結果を取得するために、演算用の１セットの電位信号しか受信することができない。したがって、その計算速度は限定的である。

【0004】

さらに、量子コンピューターは、現在、高速計算用に開発がされているが、量子重ね合わせ及び量子もつれという２つの必須課題に直面している。同時に、量子コンピューターは、絶対零度に近い極低温で稼働されなければならない。これらの条件により、量子コンピューターのコストは非常に高額となり、商業化がより困難となっている。

【発明の開示】

【0005】

上記の観点から、本発明は、光源モジュール、光路モジュール、光情報記憶モジュール、及び、光処理モジュールを含む、多重ビット光コンピューティングシステムを提供する。

【0006】

光源モジュールは、周波数が異なる光信号を含む光信号を生成する。光路モジュールは、光信号を受信するために、光源モジュールに接続されている入力端子を含む。光情報記憶モジュールは、光路モジュールを介して光信号を受信する。光情報記憶モジュールは、複数の記憶ユニットを含み、各記憶ユニットはそれぞれ多重周波数光信号の一を受信し、その信号を光情報として記憶する。光処理モジュールは、光路モジュールを介して光情報記憶モジュールに接続され、外部命令を受信する。さらに、光処理モジュールは、外部命令に従って、光情報記憶モジュールから各記憶ユニットに記憶された光情報にアクセスする。各光情報は、複数の出力情報を生成するための命令演算（command operation）の対象となる。次いで、出力情報は、光路モジュールを介して光情報記憶モジュールの各記憶ユニットに伝送される。

【0007】

光源モジュールによって生成された光信号を伝送する場合には、光路モジュールは周波数が異なる複数の周波数光信号を伝送し、それぞれの光信号は光情報記憶モジュールのそれぞれの記憶ユニットに記憶される。換言すると、各記憶ユニットは、周波数が異なる光信号で搬送される光情報を記憶する。光処理モジュールが光情報記憶モジュールを介して光情報にアクセスする場合には、記憶ユニット内の異なる光情報に同時にアクセスする。光情報は周波数が異なる光信号によって搬送されるため、それらの処理は相互に干渉しない。このため、光処理モジュールは、異なる光情報に同時にアクセスできる。そして、光処理モジュールは、周波数が異なる光情報に対して同期演算を実行し、さらに周波数が異なる光信号によって搬送される出力情報を送信する。

【0008】

既存のコンピューターシステムと比較すると、多重ビット光コンピューティングシステムは、光路モジュールを通じて異なる周波数で多くの情報を同時に伝送することができる。このため、光処理モジュールは、多くの情報を同時に受信することが可能となり、その全体的な計算性能を改善させられる。加えて、本発明は、データを光信号に変換する光路モジュールを利用するが、これは厳格な条件が要求されることなく達成される。このため、製造コスト及びランニングコストは、量子コンピューターのものよりも低くなる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】多重ビット光コンピューティングシステムの概略的なブロック図である。

【図2】多重ビット光コンピューティングシステムの第２の好適な実施形態の概略的なブロック図である。

【図3】多重ビット光コンピューティングシステムの第３の好適な実施形態の概略的なブロック図である。

【図4】多重ビット光コンピューティングシステムの第４の好適な実施形態の概略的なブロック図である。

【図5】多重ビット光コンピューティングシステムの第５の好適な実施形態の概略的なブロック図である。

【符号の説明】

【0010】

１１ 光源モジュール
１２ 光路モジュール
１３ 光情報記憶モジュール
１４ 光処理モジュール
１５ 光電変換モジュール
１３１ 第１の記憶ユニット
１３２ 第２の記憶ユニット
１３１１ 第１のバッファ
１３１２ 第１の光電変換ユニット
１３１３ 第１の電気光変換ユニット
１３２１ 第２のバッファ
１３２２ 第２の光電変換ユニット
１３２３ 第２の電気光変換ユニット
１５１ 第１の光検出器
１５２ 第２の光検出器
Ｄ１ 第１のＬＥＤ
Ｄ２ 第２のＬＥＤ

【発明の実施の形態】

【0011】

本発明による多重ビット光コンピューティングシステムの好適な実施形態について以下に説明する。図１に示すように、多重ビット光コンピューティングシステムは、光源モジュール１１と、光路モジュール１２と、光情報記憶モジュール１３と、光処理モジュール１４とを含む。好ましくは、光源モジュール１１は、例えば、第１の周波数光信号及び第２の周波数光信号という、複数の周波数光信号を生成する。光路モジュール１２は、第１の周波数光信号及び第２の周波数光信号を受信するために、光源モジュール１１に接続された入力端子を含む。光情報記憶モジュール１３は、光路モジュール１２を通じて第１の周波数光信号及び第２の周波数光信号を受信する。光情報記憶モジュール１３は、例えば、第１の記憶ユニット１３１及び第２の記憶ユニットという、複数の記憶ユニットを含む。第１の記憶部１３１は、第１の情報として第１の周波数光信号を受信及び記憶し、第２の記憶部１３２は、第２の情報として第２の周波数光信号を受信及び記憶する。モジュール１４は、光路モジュール１２を介して光情報記憶モジュール１３に接続され、かつ、外部命令を受信する。光処理モジュール１４は、外部命令に従って光情報記憶モジュール１３内の第１の情報及び第２の情報にアクセスし、第１の情報及び第２の情報に対して命令演算を実行して、第１の出力情報及び第２の出力情報を生成する。第１の出力情報及び第２の出力情報は、光路モジュール１２を介して伝送され、光情報記憶モジュール１３の第１記憶部１３１及び第２記憶部１３２に記憶される。

【0012】

本発明の第１の好適な実施形態では、多重ビット光コンピューティングシステムは、光路モジュール１２が形成された光路ボードを含む。光路モジュール１２は、フォトリソグラフィ及びレーザー処理又はエッチング処理によって光路ボード上に形成される。

【0013】

本発明では、光路は、まず、光路ボード上にフォトレジスト材料層が設けられることによって製造される。その後、現像によって、光路ボード上のフォトレジスト材料にパターンが形成される。フォトレジスト材料によって覆われていない光路ボード部分にレーザー処理がなされることによって、光路が描画される。好ましくは、光路ボードは、シリコン基板、ガラス基板又はプラスチックガラス基板である。

【0014】

光路ボード上の光路モジュール１２が多重周波数の光信号を同時に伝送できるため、第１の周波数光信号及び第２の周波数光信号は、光路モジュール１２を通じて、光情報記憶モジュール１３又は光処理モジュール１４などの次の行先に同時に伝送される。他の実施形態では、光源モジュール１１もまた、外部入力情報に従って、周波数が異なるより多くの光信号を生成することができる。この場合、光処理モジュール１４が多くのデータに同時にアクセスできるので、アクセス時間は短縮し、多重ビット光コンピューティングシステムの全体的な処理速度はさらに向上する。

【0015】

例えば、可視光の場合、周波数が異なる信号は、異なる色の光によって搬送される。そして、異なる色の光は、光路ボード上の光路モジュール１２を同時に通過することができる。一例として、赤色光信号、橙色光信号、黄色光、緑色光信号、及び、青色光信号は、それぞれ５つの周波数が異なる光信号を表す。光路ボード上の光路モジュール１２によって、赤色光信号、橙色光信号、黄色光信号、緑色光信号、及び、青色光信号が同時に通過することが可能になる。したがって、光処理モジュール１４は、周波数が異なる５つの光信号に同時にアクセスすることができる。周波数が異なる５つの光信号は、それぞれ５つの異なる種類の光情報を有している。このため、光処理モジュール１４によって同時にアクセスできるデータの量は５倍に増加するので、アクセス時間は短縮し、全体的な処理速度が向上する。

【0016】

加えて、これらの信号は、光路ボード上の光路モジュール１２を通じて伝送される。信号伝送の処理では電力が不要であるため、信号伝送中に電力の損失がない。この結果、全体的な電力消費がより経済的となる。僅かな電力量しか、通常の動作を維持するためには必要とならない。したがって、多重ビット光コンピューティングシステムは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する、太陽電池を電力供給源として用いることができる。消費電力が多くないため、太陽電池によって供給される電力は、多重ビット光コンピューティングシステムの通常の動作を維持することができる。太陽電池は、いつでも光を照射することによって補充することができる。したがって、多重ビット光コンピューティングシステムは、充電することなしに長時間動作することができる。

【0017】

好ましくは、光処理モジュール１４は、それぞれが２つの接続端子及び制御端子を有する複数の光制御スイッチから構成される。制御端子が制御光信号を受信する場合には、光制御スイッチの２つの接続端子間が通過状態となるので、光信号は光制御スイッチの２つの接続端子間を通過することが可能となる。好ましくは、各光制御スイッチは、フォトレジストユニット及びフォトセンシティブユニットを備える。

【0018】

図２を参照されたい。本発明の第２の好適な実施形態では、光源モジュール１１は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。これらは、各々が制御信号を受信してそれに応じて周波数光信号を生成する。例えば、光源モジュール１１は、第１のＬＥＤ Ｄ１及び第２のＬＥＤ Ｄ２を含む。第１のＬＥＤ Ｄ１は、第１の信号入力端子Ｉ／Ｐ１から第１の制御信号を受信し、それに応じて第１の周波数光信号を生成する。第２のＬＥＤ Ｄ２は、第２の信号入力端子Ｉ／Ｐ２から第２の制御信号を受信し、それに応じて第２の周波数光信号を生成する。第１の周波数光信号及び第２の周波数の光信号は、それぞれバイナリディジタル信号である。

【0019】

図３を参照されたい。本発明の第３の好適な実施形態では、光情報記憶モジュール１３の各記憶ユニットは、それぞれが１ビットのデータを記憶するため、吸収状態と通過状態とを有する複数のバッファを含む。例えば、光情報記憶モジュール１３の第１の記憶ユニット１３１は、それぞれが吸収状態と通過状態とを有する、複数の第１のバッファ１３１１を含む。第２の記憶ユニット１３２も、それぞれが吸収状態と通過状態とを有する、複数の第２バッファ１３２１を含む。第１の記憶ユニット１３１が第１の周波数光信号を受信し、かつ、各第１のバッファ１３１１又は各第２のバッファ１３２１が吸収状態である場合には、第１の記憶ユニット１３１に入る光信号は吸収される。各第１のバッファ１３１１又は各第２のバッファ１３２１が通過状態である場合には、第１のバッファ１３１１又は第２のバッファに入る光信号は通過することが可能となる。各第１のバッファ１３１１は、第１の周波数光信号のビットを順次受信すると、それに応じて吸収状態又は通過状態にスイッチングする。各第２のバッファ１３２１は、第２の周波数光信号のビットを順次受信すると、それに応じて吸収状態又は通過状態にスイッチングする。こうして、第１の記憶ユニット１３１及び第２の記憶ユニット１３２は、それぞれ、第１の情報及び第２の情報として、第１の光周波数信号及び第２の光周波数信号を記憶する。命令信号に応じて、光処理モジュール１４は、第１のバッファ１３１１及び第２のバッファ１３２１から、それらの状態を読み出して、第１の情報及び第２の情報を受信する。

【0020】

図４を参照されたい。本発明の第４の好適な実施形態では、光情報記憶モジュール１３の各記憶ユニットは、複数のバッファ、光電変換ユニット、及び、電気光変換ユニットを含む。各記憶ユニットのバッファは、光電変換ユニット及び光路モジュールを通じて、光源モジュールに接続されている。光電変換ユニットは、一の周波数の光信号を、各バッファに格納される電気信号に変換する。さらにまた、各記憶ユニットのバッファは、電気光変換ユニット及び光路モジュールを通じて、光処理モジュールに接続されている。電気光変換ユニットは、各バッファに格納された電気信号を、光処理モジュール１４にアクセスされる光信号に変換する。例えば、光情報保存モジュール１３の第１の記憶ユニット１３１は、第１の光電変換ユニット１３１２及び第１の電気光変換ユニット１３１３を更に含み、第２の記憶ユニット１３２は、第２の光電変換ユニット１３２２及び第２の電気光変換ユニット１３２３を更に含む。好適な実施形態では、各第１のバッファ１３１１及び各第２のバッファ１３２１は、キャッシュメモリである。

【0021】

各第１バッファ１３１１は、第１の周波数光信号を、各第１バッファ１３１１に格納される第１の電気信号に変換する第１の光電変換ユニット１３１２及び光路モジュール１２を通じて光源モジュール１１に接続されている。各第１のバッファ１３１１は、各第１のバッファ１３１１に格納された第１の電気信号を、光処理モジュール１４によってアクセスされる第１の情報に変換する第１の電気光変換ユニット１３１３及び光路モジュール１２を通じて光処理モジュール１４に接続されている。

【0022】

同様に、各第２のバッファ１３２１は、第２の周波数光信号を、各第２のバッファ１３２１に格納される第２の電気信号に変換する第２の光電変換ユニット１３２２及び光路モジュール１２を通じて光源モジュール１１に接続されている。各第２のバッファ１３２１は、各第２のバッファ１３２１に格納された第２の電気信号を、光処理モジュール１４によってアクセスされる第２の情報に変換する第２の電気光変換ユニット１３２３及び光路モジュール１２を介して光処理モジュール１４に接続されている。

【0023】

図５を参照されたい。本発明の第５の好適な実施形態では、多重ビット光コンピューティングシステムは、光路ボード上に配置された光路モジュール１２に接続されている光電変換モジュール１５を更に含む。光電変換モジュール１５は、それぞれが光路モジュール１２に接続されている複数の光検出器を有する。各光検出器は、それぞれ周波数光信号の一を受信して、それに応じてディジタル情報を生成する。例えば、光電変換モジュール１５は、第１の光検出器１５１及び第２の光検出器１５２を含む。第１の光検出器１５１は、光路モジュール１２から光信号を受信し、第１の周波数光信号に従って第１のディジタル情報を生成し、第１の出力端子Ｏ／Ｐ１を介して第１のディジタル情報を出力する。第２の光検出器１５２は、光路モジュール１２から光信号を受信し、第２の周波数光信号に従って第２のディジタル情報を生成し、第２の出力端子Ｏ／Ｐ２を介して第２のディジタル情報を出力する。光電変換モジュール１５は、光コンピューティングシステムを従来技術の電子コンピューターシステムに統合するように構成されている。光コンピューティングシステムの第１の周波数光信号及び第２の周波数光信号は、電圧変化に基づいてディジタル情報に変換され、より後続の望ましい用途の電気信号処理モジュールにディジタル情報を出力される。

【0024】

このように説明された本発明は、多くの手法にて変形できることは明らかであろう。この種の変形は、本発明の精神及び範囲から逸脱するとみなされるべきではなく、当業者に明らかであろうこの種の修正はすべて、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】