基于波分复用的多操作数加法器：一种位宽可扩展的时域光电计算新方法

本文提出了一种创新的波分复用(WDM)多操作数加法器(MOA)，采用位宽可扩展的时域光电计算(TEPC)方法。通过将数字操作数转换为光延迟间隔并在时域执行加法，有效解决了传统光数字/模拟加法器的逻辑级联、扇出损耗和信噪比(SNR)问题。实验表明，该结构在8波长WDM下实现<1 ps/bit的超低延迟，较传统方案降低36-81 dB光损耗，为人工智能(AI)和并行信号处理中的大规模运算提供了新思路。

　　

亮点

本研究提出的时域光电计算(TEPC)方法突破传统光计算局限，通过光延迟累积实现超快并行运算，为下一代AI加速器提供创新解决方案。

提出的基于WDM的MOA与TEPC方法

基于TEPC方法，我们开发了采用波分复用(WDM)技术的电子-光子混合多操作数加法器(MOA)。该设计利用光学延迟累积网络(ODAN)实现并行计算，并通过位循环加法策略显著降低运算延迟和光损耗。例如，在8波长WDM配置下，光信号通过微环谐振器(MRR)实现波长选择性延迟，每个波长通道可独立处理不同操作数，使系统吞吐量提升8倍。

仿真与评估

采用IMEC硅光子SOI工艺和28nm CMOS工艺的联合仿真显示：在16位32操作数加法场景中，本方案光损耗较数字光计算降低42dB，信噪比提升50dB。关键器件微环调制器(MRM)实现<100fs的延迟精度，时间数字转换器(TDC)分辨率达0.5ps。

结论

该WDM-MOA通过时域光延迟创新架构，在保持1ps/bit超低延迟的同时，突破传统光计算的位宽限制。未来可扩展至矩阵乘法和神经网络加速等应用，为光电融合计算芯片发展提供新范式。

（注：根据要求已去除文献引用标识，专业术语如WDM/MOA等保留英文缩写并标注，时域单位使用ps/fs等标准符号，关键数值用规范表示）