普源 DG70000 圖形信號(hào)仿真在光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ONN）憑借光速運(yùn)算與低功耗特性，成為下一代人工智能計(jì)算的核心方向。其核心原理是通過光學(xué)器件完成密集矩陣乘法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別等復(fù)雜任務(wù)。在這一過程中，圖形信號(hào)的精準(zhǔn)仿真與高速傳輸是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。普源 DG70000 系列任意波形發(fā)生器（AWG）憑借高采樣率、高分辨率特性，成功解決了光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試中的信號(hào)調(diào)制難題，顯著提升了圖像傳輸效率與識(shí)別精度。

一、光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)傳輸機(jī)制

光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別流程可概括為 “電 - 光 - 電” 的信號(hào)轉(zhuǎn)換鏈：

圖形信號(hào)數(shù)字化：將圖像像素（如 7×7 像素塊）轉(zhuǎn)化為一維灰度值數(shù)組，每個(gè)灰度值對(duì)應(yīng)特定 bit 數(shù)據(jù)；

電信號(hào)調(diào)制：通過調(diào)制源將 bit 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)脈沖激光器輸出光信號(hào)；

光學(xué)運(yùn)算：光信號(hào)經(jīng)單模光纖傳輸至光學(xué)器件，以光速完成卷積、矩陣乘法等運(yùn)算；

信號(hào)還原：最終光信號(hào)通過光電探測(cè)器轉(zhuǎn)回電信號(hào)，由高速示波器捕獲并分析，完成圖像識(shí)別判斷。

其中，調(diào)制源的性能直接影響激光器輸出的消光比與信號(hào)分辨率，進(jìn)而決定圖像識(shí)別的誤碼率。

二、測(cè)試挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)調(diào)制源的性能瓶頸

實(shí)驗(yàn)初期，研究團(tuán)隊(duì)采用可編程線性電源作為調(diào)制源，但其固有缺陷嚴(yán)重制約了系統(tǒng)性能：

速率低下：線性電源的信號(hào)帶寬僅能支持秒級(jí)時(shí)間尺度的傳輸，一張高清圖像需耗費(fèi)極長(zhǎng)時(shí)間傳輸，甚至無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像的實(shí)時(shí)處理；

分辨率受限：線性電源的波表長(zhǎng)度有限，海量圖像數(shù)據(jù)需構(gòu)建超大規(guī)模波表，導(dǎo)致數(shù)據(jù)管理復(fù)雜度激增；

信號(hào)質(zhì)量不足：雖然線性電源輸出幅度可達(dá)伏級(jí)（利于提升激光器消光比），但低帶寬導(dǎo)致灰度等級(jí)有限，僅能傳輸簡(jiǎn)單圖像，無法滿足高精度識(shí)別需求。

三、解決方案：DG70000 系列 AWG 的技術(shù)突破

為突破上述瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)引入普源 DG70000 系列 AWG（以 DG70004 為例）作為調(diào)制源，其核心性能參數(shù)完美適配光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試需求：

高采樣率與帶寬：12Gsa/s 采樣率、2GHz 模擬帶寬，支持百納秒級(jí)信號(hào)傳輸，較線性電源提升約 10?倍；

高分辨率：16bit 垂直分辨率，可精準(zhǔn)還原圖像灰度等級(jí)，配合放大器后能滿足激光器對(duì)輸入電壓的精度要求；

超大波表容量：1.5Gpts 單波表長(zhǎng)度，可一次性加載海量圖像數(shù)據(jù)，避免頻繁波表切換導(dǎo)致的效率損失。

四、實(shí)際應(yīng)用與測(cè)試效果

信號(hào)調(diào)制流程

將圖像像素的灰度值編碼為 16bit 數(shù)據(jù)，通過編程或文件導(dǎo)入方式加載至 DG70000 的波表；

設(shè)定采樣率（100-5GHz 可調(diào)），AWG 輸出對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)，同步預(yù)留觸發(fā)電平與參考電平；

電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)脈沖激光器，完成電 - 光信號(hào)轉(zhuǎn)換。

關(guān)鍵性能提升

傳輸效率：?jiǎn)畏鶊D像傳輸時(shí)間從秒級(jí)壓縮至百納秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)高清圖像的高速傳輸；

識(shí)別精度：16bit 分辨率配合高消光比激光器，使圖像灰度等級(jí)顯著提升，誤碼率降低 90% 以上；

靈活性：支持動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣率與波形參數(shù)，適配不同光學(xué)器件的運(yùn)算速度與帶寬需求。

系統(tǒng)協(xié)同效果

經(jīng) DG70000 調(diào)制的光信號(hào)，通過光學(xué)器件運(yùn)算后，由普源 DS70000 系列示波器捕獲還原。測(cè)試結(jié)果顯示，圖像邊緣清晰度提升 30%，灰度過渡平滑度提高 50%，充分驗(yàn)證了 AWG 在光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的核心作用。

五、方案優(yōu)勢(shì)總結(jié)

高速率與高分辨率協(xié)同：2GHz 帶寬與 16bit 分辨率的組合，既保證信號(hào)傳輸效率，又精準(zhǔn)還原圖像細(xì)節(jié)；

便捷的數(shù)據(jù)管理：支持 txt 波表文件直接導(dǎo)入與編程控制，簡(jiǎn)化海量圖像數(shù)據(jù)的加載流程；

靈活適配性：可調(diào)采樣率與超大波表容量，滿足從簡(jiǎn)單灰度圖像到高清彩色圖像的多樣化測(cè)試需求。

六、小結(jié)

普源 DG70000 系列 AWG 通過解決光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)調(diào)制瓶頸，為高速、高精度圖像識(shí)別提供了可靠的測(cè)試支撐。其在速率、分辨率與靈活性上的綜合優(yōu)勢(shì)，不僅適配當(dāng)前光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)需求，更為未來更大規(guī)模的光學(xué)計(jì)算系統(tǒng)提供了可擴(kuò)展的測(cè)試方案，推動(dòng)光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用。