硅集成平台上的可重配置全光非线性激活函数

背景技术

在对人工智能(AI)日益增长的兴趣的推动下，全球人工神经网络市场预计将以显著的速度增长。人工神经网络(ANN)和学习算法具有从大型数据集中学习的能力，这可以创建一种具有低延迟和高能效的具有类似人类的决策能力的机器。与电子系统相比，神经形态光子学在复用、能量耗散和串扰方面展现出改善的性能，这对密集和高带宽的互连是有利的。因此，神经形态光子系统有可能提供比神经形态电子系统快若干数量级的运行速度以及更高的效率。ANN是受生物神经网络启发的计算系统，并且由连接的节点或神经元的集合组成。神经元包括线性加权、求和和非线性激活，非线性激活是ANN中的构建块并且其能够实现学习任务的输入和输出之间的复杂映射。诸如S形、径向基、整流线性单元(ReLU)和二次函数的若干非线性函数被广泛地用于不同机器学习任务的ANN中。

附图说明

参考以下附图详细描述了根据一个或多个各种实施例的本公开。附图仅出于示出的目的而提供并且仅描绘典型的或示例实施例。

图1示出了根据本文所公开的实施方式的包括突触、加权加法和非线性激活函数的示例非线性神经元的模型。

图2描绘了根据本文所公开的实施方式的全光非线性激活设备的示意图。

图3A和3B描绘了根据示例实施方式的包括在图2的全光非线性激活设备中的示例谐振腔。

图3C描绘了图3A和3B的示例谐振腔内的示例模式转换。

图4A-4C描绘了根据示例实施方式的包括在图2的全光非线性激活设备中的另一个示例谐振腔。

图4D描绘了图4A-4C的示例谐振腔内的示例模式转换。

图5A-9C描绘了根据本文所公开的实施方式的作为输入光功率的函数的各种归一化非线性激活函数的图形表示。

图10A和10B示出了根据本公开的实施方式的包括金属氧化物半导体电容器(MOSCAP)的示例相移机制。

图11是根据本文所公开的实施方式的可用于实现全光非线性激活设备的各种特征的示例计算组件。

图12是可用于实现本公开的全光非线性激活设备的各种特征的示例计算机系统。

附图不是穷尽性的并且不将本公开限制为所公开的精确形式。

具体实施方式

如上所述，ANN和机器学习算法有能力从大型数据集中学习以创造出类似人类的机器。ANN的神经元由输入的线性加权、求和和非线性激活组成，其中非线性激活实现用于学习的输入和输出之间的复杂映射。非线性激活函数的示例包括但不限于逻辑函数,径向基函数、线性整流函数(诸如ReLU、逆ReLU和泄漏ReLU)和二次函数，这些非线性激活函数中的每一个用于不同的机器学习任务的信号处理。各种非线性激活函数适用于神经网络和机器学习应用中的不同的任务。例如，ReLU函数可以提供解决具有约束的非线性优化问题并可用于前馈机器学习网络，诸如多层感知器和卷积神经网络。其他示例包括用于基于支持向量机的多层的径向基函数和用于模拟高阶多项式神经网络的二次函数。

随着非线性光学的发展，已经提出了实现激活函数的一些全光方法。然而，光非线性相对较弱，因此所有光激活设备通常需要高阈值功率和大的光注入(例如，将光信号输入到设备中)。传统全光方法的另一技术缺陷是激活设备在制造之后通常是固定的，因此不可配置以实现不同的激活函数。也就是说，传统的激活设备通常是为了单个激活函数而制造的并且不能被切换(例如，被配置)以用于不同的激活函数。

为了实现非线性激活函数，已经应用了各种方法。通常，这些方法可以划分为两种类型—光电方法和全光方法。在光电方法中，已基于硅微环调制器、马赫-泽恩德调制器(MZM)、电吸收调制器或激光器展示了与光电检测器集成的非线性方案。然而，这些光电方法都有技术缺陷，例如，所有这些方法都需要高效且快速的光-电-光转换。这些需求几乎总是导致增加的系统复杂性和来自诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应晶体管的电子设备的额外的功耗。

因此，全光方法已经引起了越来越多的关注。一些实施方式使用与相变材料(PCM)组合的微环谐振器(MRR)来改变传输对功率的关系并实现非线性激活函数。然而，由于PCM中的约束，因此速度受到限制。基于锗的强热光效应，锗/硅(Ge/Si)混合微环结构已被用于生成激活函数；然而，热过程仍然缓慢。已经证明了硅光子平台上的全光方案，其使用了利用硅的自由载流子色散(FCD)效应来提供非线性的谐振腔加载的马赫-泽恩德干涉仪(MZI)设备。然而，双光子吸收(TPA)引起的自由载流子导致用于实现某些激活函数的有害功率和速度限制。使用Si

因此，本文所公开的实施方式提供了克服前述方法的缺点的用于全光可重新配置的激活函数的设备和方法。本文所公开的实施方式利用绝缘体上硅(SOI)平台，其为异质性的，与具有高克尔效应和大带隙的高非线性和低损耗材料集成，以生成可配置的全光非线性激活函数。各种实施方式提供了使用具有高克尔效应和/或大带隙以增强激活的非线性的超低损耗材料的谐振腔。在一个示例实施方式中，具有强克尔效应的砷化镓铝(AlGaAs)可以用于形成谐振腔。在另一个示例实施方式中可以使用同样具有强克尔效应的五氧化二钽(Ta

根据本文所公开的示例实施方式，全光可重新配置激活设备包括具有马赫-泽恩德耦接器(MZC)和谐振腔加载的马赫-泽恩德干涉仪(MZI)的结构。根据各种实施方式，谐振腔被实现为微环谐振器(MRR)。非线性由谐振腔提供，谐振腔改变传输的相位和幅度。MZI将非线性相位转换为非线性响应。MZI的相位可以由相移机制调整。MZC充当可调谐定向耦接器，其由光耦接到MZC的一个分支的相移机制来控制。各种相移机制通过调谐结构内的相对相位差来提供非线性函数形状的可编程性，其可以被提供为能够在通过相应波导传播的光信号中引起相移的任何机制。例如，谐振结构的谐振波长可以被调谐/解调谐并且耦接系数可以被调谐/解调谐，以在各种激活函数之间切换(例如，重新配置)，诸如用于不同的任务应用的逻辑函数、径向基函数、ReLU(例如，ReLU、逆ReLU和泄漏ReLU)和二次函数。

在示例实施方式中，谐振腔加载的MZI包括耦接到由第二材料形成的第二波导的由第一材料形成的第一波导。第二波导包括输入端和输出端，其中第二波导的输入端耦接到第一波导的输出端并且第二波导的输出端耦接到第一波导的输入端。在一些实施方式中，为了优化第一和第二波导之间的模式转换，在第一波导中传播的光信号通过第一倒锥体对(例如，第一波导和第二波导中的每一个相对于彼此在相反方向上渐缩)短暂地耦接到第二波导中。同样地，在第二波导中传播的光信号通过第二倒锥体对短暂地耦接到第一波导中。第一和第二波导可以形成MZI的分支。由第二材料形成的谐振腔短暂地耦接到第二波导。

根据本文所公开的实施方式，第二材料被提供为具有高克尔效应和大带隙的低损耗材料，以生成可配置的全光非线性激活函数。例如，第二材料可以是具有2.6x 10

第二材料的高克尔效应允许光注入功率比其他全光平台低得多，诸如依赖于硅的FCD来提供非线性激活的那些全光平台。第一材料还包括可忽略的高功率强度引起的热效应。此外，由于大带隙而不存在双光子吸收(TPA)和诱导的自由载流子色散(FCD)，这消除了来自载流子寿命的速度限制。对于第一材料，FCD由于由TPA所产生的自由载流子的存在而与克尔效应冲突。例如，在硅的情况下，硅中的FCD和克尔效应将在相反的方向上推动谐振频率。然而，FCD通常支配克尔效应，结果，在硅的情况下，克尔效应可降低整体非线性。根据本文所公开的实施方式的第二材料可以用于消除这种冲突。

应当注意的是，如本文中所使用的术语“优化”、“最优”等可用于意味着取得或实现尽可能有效的、完美的或改进的性能。然而，如阅读本文档的本领域普通技术人员将认识到的，完美不可能总是被实现。因此，这些术语还可以包括在给定的情况下取得或实现尽可能好的或有效的性能，或者取得或实现比使用其他设置或参数可以实现的性能更好地的性能。

如本文所使用的“大约地”和“一般地”是指本文所公开的实施方式的属性的可允许的变化。本文所公开的实施方式可以具有某些属性、特征和/或特性，所述某些属性、特征和/或特性包括不会显著地影响所公开的实施方式的功能的一些可接受的变化。

图1示出了ANN的示例神经元，其中进入神经元的输入(例如，X

图2描绘了根据本文所公开的实施方式的全光非线性激活设备100的示意图。激活设备100包括分别用于接收输入光信号的输入端和用于发送输出光信号的输出端。激活设备100包括接收输入光信号并光耦接到输出输出光信号的马赫-泽恩德干涉仪(MZI)110的马赫-泽恩德耦接器(MZC)106。MZC 106包括分支118和分支120，分支118和分支120中的每一个可以被实现为引导光(例如，诸如激光模式的光信号)的传播的波导。MZC 106包括分支118和120中的一个分支中的第一相移机制108。在图2中所示的示出性示例中，第一相移机制108沿分支118提供；然而，第一相移机制108可以沿分支118或分支120提供。MZI 110包括分支122和分支124，分支122和分支124中的每一个可以被实现为引导光(例如，诸如激光模式的光信号)的传播的波导。MZI 110还包括第二相移机制112和至少一个MRR 114，其中第二相移机制112和至少一个MRR 114中的每一个光耦接到MZI 110的分支122和分支124中的一个。第二相移机制112和MRR 114可以沿MZI 110的同一(或共同)分支光耦接。在示出性的示例中，第二相移机制112和MRR 114沿分支122提供；然而，第二相移机制112可以沿分支122或分支124的任何一个提供。额外的MRR可以被包括在另一个分支中，或者多个MRR可以被包括在一个分支上，这取决于实施方式。在一些实施方式中，MRR 114可以包括第三相移机制116。

相移机制108、112、116被配置为改变在其中传播的光信号的相位。相移机制108、112和116可以被提供为能够在通过相应波导传播的光中引起相移的任何机制(下面更详细地提供了相移机制的特定示例)。在图2的示出性示例中，可以控制第一相移机制108以通过在分支118中引起相移来调谐MZC 106的分支118和分支120之间的相对相位差。可以控制第二相移机制112以通过在分支122中引起相移来调谐MZI 110的分支122和分支124之间的相对相位差。可以控制第三相移机制116以通过在MRR 114的谐振腔(例如，波导)中引起相移来调谐MRR 114的谐振频率。通过调谐激活设备100内的相对相位差，相移机制108、112和/或116用作被配置为有效地改变激活设备100的偏置的可调谐元件，其使得设备100能够被编程以实现用于不同应用的期望的激活函数(如下面结合图5A-9C所描述的)。例如，调谐相移机制108、112和/或116中的一个或多个提供了不同的激活函数之间的切换。因此，相移机制108、112和/或116的受控调谐提供了将激活设备配置成期望的激活函数，该期望的激活函数可以在稍后时间通过控制相移机制108、112和/或116来改变。由于可调谐元件可以由自动控制系统(例如，实现为图12的计算机系统1200)精确地控制，因此激活设备100可以高精度地实现这些功能。

根据各种实施方式，MZC 106用作基于相移机制108的调谐的可调谐定向耦接器。例如，经由相移机制108调谐MZC 106的分支118和分支120之间的相对相位差提供了对供应到MZI 110的每一分支的光功率的分光比(r)的调谐。也就是说，可以通过经由相移机制108来调谐分支118中的光信号和分支120中的光信号之间的相位差来控制供应到MZI 110的分支122的光功率与供应到分支122的光功率的比率。例如，当分光比(r)为1时，来自MZC 106的所有光功率(例如，在分支118和分支120二者中的光功率)被供应到分支124。可通过将MZC 106的分支118和分支120之间的相对相位差调谐至270°(例如，3π/2弧度)来实现为1的分光比。另外，当分光比(r)为零时，来自MZC 106的所有光功率(例如，分支118和分支120二者中的光功率)被供应到分支122。可通过将MZC 106的分支118和分支120之间的相对相位差调谐至90°(例如π/2弧度)来实现为0的分光比。因此，可以控制相移机制108来调谐供应到MZI 110的分支122和分支124的光功率的相对幅度。

在MRR 114中，当其中的光信号接近谐振频率时，光信号经历随其光功率快速变化的依赖于功率的非线性相移。此外，MRR 114还可以通过相干功率积累增加有效交互长度和瞬时光功率，从而减少所需的光功率供应。可以控制相移机制116以调谐谐振频率。MZI 110用于将来自MRR 114的相位变化转换成具有大消光比的强度变化。有了足够大的相位差，在MZI 110的两个分支中传播的光信号之间的干扰可以从相长切换到相消，从而导致自切换。因此，如图2所示，用MRR 114加载MZI 110的至少一个分支提供了全光非线性激活设备100在不同激活函数之间的可配置性。可以提供额外的MRR以支持和/或辅助这种切换效果。因此，虽然多个MRR是可能的，但是至少一个分支被至少加载MRR以实现期望的效果。

为了最大化切换效果，可以通过相消干扰来关断低功率信号。理想的相消干扰需要在MZI 110的两个分支中行进的信号具有相等的幅度和精确的π相位差。如上所述，在MRR辅助的MZI 110之前的MZC 106用作可调谐的定向耦接器，该定向耦接器被配置为经由相移机制108调谐供应到MZI 110的每个分支的光功率的幅度。MZC 106的偏置(通过相移机制108)可以被调整以平衡MZI 110的两个分支处的幅度，而MZI 110偏置可以被单独地调谐以引入π相位差以实现相消干扰。MRR 114上的偏置还可以被调整以确保激活设备100大致在谐振波长下操作以实现最优灵敏度(例如，最高可能的灵敏度)

可以基于如下所述的速率等式和耦接模式理论来模拟激活设备100的动态响应。可以用MRR 114中的光信号的幅度(例如，计算为

其中j表示虚值；λ表示输入光信号的波长(例如，在一些示例中为1310nm)；Δλ表示来自MRR 114的谐振频率的输入光信号的波长的失谐；c是光速；γ

线性衰减速率(γ

其中v

根据等式1和2，强度相关非线性源于克尔效应、FCD和/或TPA。例如，如等式1中所示，非线性效应包括依赖于克尔效应系数(η

下面的表1提供了可在激活设备100中实施的各种材料。表1提供了每种材料的核心折射率(n

表1

如上所述，常规的全光激活设备依赖于硅的FCD效应，以通过使用由硅波导形成的MRR来提供非线性。然而，如可以从等式1-7导出的，这种非线性效应是弱的并且需要非常高的输入光功率来实现某些激活函数。此外，由于由TPA产生的自由载流子的存在，因此FCD效应与克尔效应冲突(例如，FCD和克尔效应沿相反方向推动谐振频率)，并且FCD通常比克尔效应占优势。由Si

因此，根据本文所公开的实施方式的激活设备100包括具有包括由第一材料形成的波导的分支的MZC 106和MZI 110，以及包括由与第一材料不相似的第二材料形成的波导的MRR 114。第一材料可以是硅或另一IV族材料(例如，锗，碳化硅，硅锗等)。第二材料是具有高克尔效应和低FCD和/或TPA效应的低损耗材料。第二材料选自具有大于工作波长的两倍(例如，1.3μm至0.95eV)的带隙的材料。作为该特性的结果，TPA效应是可忽略的。具有可忽略的TPA的材料通常也可具有低线性损耗系数(α

根据各种实施方式，可以从具有期望带隙的材料中选择第二材料，作为具有以下各项中的至少一项的材料：高非线性折射率(n

在一些实施方式中，可基于非线性折射率(n

返回到图2，沿MZI 110的分支122传播的光信号可以基于分支122的波导和MRR114的波导之间的耦接系数短暂地耦接光到MRR 114中。耦接效率可受到分支122和MRR 114之间的波导材料的差异的影响。如上所述，MZC 106和MZI 110的每个分支包括由第一材料(例如，硅或其他IV族材料)形成的波导，而MRR 114由由第二材料形成的闭环波导形成，所述第二材料是具有高克尔效应和大带隙的低损耗材料。然而，由于材料属性的差异，分支122和MRR 114的波导之间可以存在大的相位差。

为了实现用于MRR临界耦接的足够的耦接系数，第二波导128可以被包括在分支122中，其被配置为促进从分支122到MRR 114中的最优模式转换，反之亦然。本文中所使用的用于临界耦接条件的足够的耦接系数指的是等于微环中的每轮损耗的耦接系数。根据本文中公开的一些实施方式，取决于MRR 114的材料损耗和长度，足够的耦接系数可以小于1％。例如，第二波导128可以由第二材料形成并且在沿着分支122的邻近MRR 114的位置处耦接到由第一材料形成的第一波导。在一些实施方式中(如将在下面更详细地描述的)，为了优化分支122的第一和第二波导之间的模式转换，可以在每个波导的输入/输出处提供倒锥形对(例如，第一波导和第二波导中的每一个相对于彼此在相反方向上渐缩)。由第二材料形成的MRR 114短暂地耦接到第二波导128。因此，通过优化分支122的第一和第二波导之间的模式转换，可以实现MRR 114和分支122之间的足够的耦接系数。

图3A和3B描绘了根据示例实施方式的包括在全光非线性激活设备100中的示例谐振腔。具体地，图3A和3B描绘了图2的区域130的放大透视图，该区域130包括耦接到激活设备100的分支122的谐振腔(例如MRR 314)。在图3A的示出性示例中，MZI 110的分支122包括短暂地耦接到第二波导328的第一波导302。MRR 314短暂地耦接到第二波导328。在MZI 110中传播的光信号短暂地从第一波导302耦接到第二波导328中，从第二波导328耦接到MRR314中，返回到第二波导328中，然后从第二波导328耦接到第一波导302中。图3B描绘了从与MRR 114相对的一侧沿着分支122观察的图3A的侧视图。

如图3A和3B所示，激活设备100可以具有各种宽度和厚度。如本文中所使用的，可沿图3A和3B中的X轴来定义“长度”，可沿图3A和3B的Y轴来定义“宽度”，以及可沿图3A和3B的Z轴来定义“高度”或“厚度”。

在图3A和3B所示的示例中，MRR 314和第二波导328由作为第二材料的TA

在MZI 110的波导结构的图案化和蚀刻之后，执行氢倍半硅氧烷(HSQ)平坦化。例如，HSQ平坦化是通过用HSQ光致抗蚀剂层旋涂激活设备100，随后快速热退火以将HSQ光致抗蚀剂层转换为二氧化硅(SiO

在示出性示例中，激活设备100包括在具有220nm的材料厚度的无源SOI平台上的完全蚀刻的500nm宽的硅波导(例如，包括第一波导302的MZC 106和MZI 110)和具有1μm的材料厚度的1μm宽的TA

图3A描绘了分别在第一波导302和第二波导328中传播的光信号的基本横向(TE)模式330和332的图像。基本TE模式330对应于在线338处在第一波导302中传播的光信号，并且基本TE模式332对应于在线340处在波导328中传播的光信号。要注意的是，硅和TA

例如，第一波导302可以在第二波导328的输入接合端312处具有宽度W1(例如，最接近耦接到第二波导328中的光信号)以及在第二波导328的输出接合端316处具有宽度W2(例如，最接近耦接出第二波导328的光信号)。在一些实施方式中，宽度W1和宽度W2在宽度上可以相同或基本上相似。第二波导328可以在第一波导302的输出接合端306和第一波导302的输入接合端310之间具有宽度W3。输出接合端306可以具有宽度W4，输入接合端310可以具有宽度W5，输出接合端316可以具有宽度W6，以及输入接合端312可以具有宽度W7。在一些实施方式中，宽度W1和宽度W2在宽度上可以相同或基本上类似，宽度W4和宽度W5在宽度上可以相同或基本上类似，以及宽度W6和宽度W7在宽度上可以相同或基本上类似。在上述示例实施方式中，W1和W2可以是500nm；W3可以是1μm；以及W4到W7可以是200nm。

每个倒椎体对336和318可以被实现为相应的模式转换器(例如，分别是模式转换器336和模式转换器318)。第一倒椎体对336包括将宽度W1缩窄至第一波导302的输出接合端306处的宽度W4的锥体304和将输入接合端312处的宽度W6加宽至宽度W3的锥体342。第二倒椎体对318包括将第一波导302的输入接合端310处的宽度W5加宽至宽度W2的锥体308和将宽度W3缩窄至第二波导328的输出接合端316处的宽度W7的锥体344。如图3A所示，第一波导302和第二波导328的部分在具有对应于第一倒锥形对336的长度L1的第一锥形区域356内在Z轴方向上重叠，并且第一波导302和第二波导328的部分在具有对应于第二倒锥形对318的长度L2的第二锥形区域358内在Z轴方向上重叠。如图3A所示，第一波导302的部分和第二波导328在具有对应于第一倒锥形对336的长度L1的第一锥形区域356内在Z轴方向上重叠，并且第一波导302的部分和第二波导328在具有对应于第二倒椎体对318的长度L2的第二锥形区域358内在Z轴方向上重叠。在一些实施方式中，长度L1和长度L2可以在宽度上相同或基本上相似。在示例实施方式中，L1和L2可以是60μm。

第一倒椎体对336可以促进第一波导302与第二波导328之间的基本TE模式的耦接，而第二倒椎体对318可以促进第二波导328与第一波导302之间的基本TE模式的耦接。可在每一相应的倒椎体对336和318处实现光耦接可以是其中所包含的锥体的结果。也就是说，第一倒椎体对336的锥体可以将基本TE模式向上推到第二波导328中，使其可以有效地耦接到MRR 314中，而第二倒锥形对318的锥体可以将基本TE模式推到第一波导302中和MZI110中的下游。第一倒椎体对336和第二倒椎体对318可以被设计为使得它们各自满足某些性能特性。例如，第一倒椎体对336和/或第二倒椎体对318可以被设计为绝热的。作为另一示例，第一倒椎体对336和/或第二倒椎体对318可以被设计为使得它们分别耦接具有非常低损耗和低背反射的基本TE模式。被实现为设计成长度上过短的倒椎体对的模式转换器可能遭受高无源损耗。

图3C描绘了在沿分支122观看的第一锥形区域356内将光信号从第一波导302耦接到第二波导328期间的模式转换的示例。例如，图3C描绘了沿着X轴方向的基本TE模式330和332的光强度。对于具有60μm的锥体长度L1的第一倒椎体对336，根据本文所公开的实施方式的耦接效率可以超过97％。因为第二波导328更宽，所以与第一波导302中的模式相比第二波导328中的模式看起来更不集中。

与硅的带隙值(例如，1.12eV)相比，由于Ta

图4A-4C描绘了根据示例实施方式的包括在全光非线性激活设备100中的另一示例谐振腔。具体地，图4A-4C描绘了包括谐振腔的图2的区域130的放大透视图，例如耦接到激活设备100的分支122的示例MRR 414。在图4A中所示的示出性示例中，MZI 110的分支122包括短暂地耦接到包括第二波导428和第二波导板454的肋形波导464的第一波导402。MRR414包括波导460和波导板462，波导460和波导板462共同形成短暂地耦接到第二波导428的肋形波导。在MZI 110中传播的光信号短暂地从第一波导402耦接到第二波导428中，从第二波导428耦接到MRR 414中，返回到第二波导428中，然后从第二波导428耦接到第一波导402中。图4B描绘了从与MRR 414相对的一侧沿着分支122观察的图4A的侧视图，以及图4C描绘了从与MRR 414相对的一侧沿线440观察的图4A横截面侧视图。

如图4A和4C中所示，激活设备100可以具有各种宽度和厚度。如本文中所使用的，可沿图4A和4C中的X轴来定义“长度”，可沿图4A和4B的Y轴来定义“宽度”，以及可沿图4A和4C中的Z轴来定义“高度”或“厚度”。

在图4A-4C中所示的示例中，MRR 414和肋形波导464由作为第二材料的异质III-V族材料(例如，本示例中的AlGaAs)形成。在该示出性示例中，肋形波导464和MRR 414异质地形成在SOI衬底420上，该SOI衬底420上形成有掩埋氧化物(BOX)层424。例如，外延第二材料可以在III-V族衬底(例如该示例中的GaAs衬底)上生长，并经由键合层452键合在SOI平台上。在一些示例实施方式中，Al

键合层452可以具有一定的厚度以在第一波导402和肋形波导464之间提供期望的距离。可以选择沿堆叠方向(例如，在图4B和4C的上下文中的Z轴)的第一波导402和肋形波导464之间的期望的距离，以实现第一波导402的最上表面和肋形波导464的最底表面之间的期望的耦接系数。例如，可以选择其之间的距离来优化耦接系数。

在各种实施例中，提供了被配置为支持第二波导428的多个支撑结构446和448。例如，第一支撑结构446和第二支撑结构448形成在层424上。键合层452形成在第一支撑结构446和第二支撑结构448的顶部上，由此形成空气沟槽450。空气沟槽450提供对相应波导428和/或402内的光信号的模式限制，即，空气沟槽450将光信号传播的模式限制在第一波导402和/或第二波导428内。

在示出性示例中，激活设备100包括在具有220nm的材料厚度的无源SOI平台上的完全蚀刻的500nm宽的硅波导(例如，包括第一波导402的MZC 106和MZI 110)和具有肋形波导(例如，肋形波导464和MRR 414)的190nm的厚度的600nm宽的AlGaAs波导(例如，波导428和460)。波导428和460可以是150nm厚，并且相应的板462和454可以是40nm厚。此外，板454和462可从相应的波导428和460的任一侧延伸2μm，使得每个肋形结构具有4.6μm的宽度。BOX层424可以是3μm厚氧化物钝化层，键合层452可以是15nm厚，且III-V族可以是600μm厚。MRR 414可以具有12μm的半径且耦接系数大约是0.8％，在第二波导428与MRR 414之间具有大约270nm的间隙，产生大约70000的Q因子。第一波导402的上表面与肋形波导464的下表面之间的Z轴方向上的距离大约是15nm(例如，到键合层的距离)，其可以提供大约98％的耦接系数。虽然未在图4A-4C中示出，但是MRR 414可以耦接到相移机制116。

图4A包括分别在第一波导402和第二波导428中传播的光信号的基本横向(TE)模式430和432的图像。基本TE模式430对应于在线438处在第一波导402中传播的光信号，并且基本TE模式432对应于在线440处在波导428中传播的光信号。如上所述，模式430和432经由空气沟槽450被限制到相应的波导。要注意的是，硅和AlGaAs的有效折射率分别是2.78和2.56。在图4A在所示的示例实施方式中，为了优化第一波导402和第二波导428之间的模式转换，提供了第一倒锥形对436以优化在第一波导402中传播的光信号到第二波导428中的短暂耦接，并且提供第二倒锥形对418以优化在第二波导428中传播的光信号到第一波导402中的短暂耦接。

例如，第一波导402可以在第二波导428的输入接合端412处(例如，最接近耦接到第二波导428中的光信号)具有宽度W1和在第二波导428的输出接合端416处(例如，最接近耦接出第二波导428的光信号)具有宽度W2。在一些实施方式中，宽度W1和宽度W2在宽度上可以相同或基本上相似。第二波导428可以在第一波导402的输出接合端406与第一波导402的输入接合端410之间具有宽度W3。输出接合端406可以具有宽度W4，输入接合端410可以具有宽度W5，输出接合端416可以具有宽度W6，以及输入接合端412可以具有宽度W7。在一些实施方式中，宽度W1和宽度W2在宽度上可以相同或基本上相似，宽度W4和W5在宽度上可以相同或基本上相似，并且宽度W6和W7在宽度上可以相同或基本上相似。在上述示例实施方式中，W1和W2可以是500nm；以及W3可以是600nm(对于肋形波导464,总宽度为4.6μm)；以及W4到W7可以是200nm。

每对倒锥体436和418可以被实现为相应的模式转换器(例如，分别是模式转换器436和模式转换器418)。第一倒锥体对436包括将宽度W1缩窄至第一波导402的输出接合端406处的宽度W4的锥体(类似于图4A的锥体304)和将输入接合端412处的宽度W6加宽至宽度的锥体442。第二倒锥体对418包括将宽度W5加宽至在第一波导402的输入接合端410处的宽度W2的锥体(类似于图4A的锥体308)和将宽度W3缩窄至第二波导428的输出接合端416处的宽度W7的锥体444。如图4A所示，第一波导402和第二波导428的部分在具有对应于第一倒锥形对436的长度L1的第一锥形区域456内在Z轴方向上重叠，并且第一波导402和第二波导428的部分在具有对应于第二倒锥形对418的长度L2的第二锥形区域458内在Z轴方向上重叠。在一些实施方式中，长度L1和长度L2在宽度上可以相同或基本上相似。根据一些实施例，如图4A所示，板454和键合层452可以与第一倒锥体对436的锥体442类似地渐缩，例如，在第一锥形区域456内。类似地，板454和键合层452可以与第二倒锥体对436的锥体444类似地渐缩，例如，在第二锥形区域458内。

第一倒椎体对436可促进第一波导402与第二波导428之间的基本TE模式的耦接，而第二倒椎体对418可促进第二波导428与第一波导402之间的基本TE模式的耦接。可在每一相应倒椎体对436和418处实现光耦接可以是其中所包含的锥体的结果。也就是说，第一倒椎体对436的锥体可以将基本TE模式向上推到第二波导428中使其可以有效地耦接到MRR414中，而第二倒锥体对418的锥体可以将基本TE模式推到第一波导402中以及MZI 110中的下游。第一倒椎体对436和第二倒椎体对418可以被设计为使得它们各自满足某些性能特性。例如，第一倒椎体对436和/或第二倒椎体对418可以被设计为绝热的。作为另一示例，第一倒椎体对436和/或第二倒椎体对418可以被设计为使得它们分别耦接具有非常低损耗和低背反射的基本TE模式。被实现为设计成长度上过短的倒椎体对的模式转换器可能遭受高无源损耗。

图4D描绘了在沿着分支122观看的第一锥形区域456内将光信号从第一波导402耦接到第二波导428期间的模式转换的示例。例如，图4D描绘了沿着X轴方向的基本TE模式430和432的光强度。对于具有60μm的锥体长度L1的第一倒椎体对436，根据本文所公开的实施方式的耦接效率可以超过98％。由于第二波导428更宽，因此与第一波导402中的模式相比第二波导428中的模式看起来更不集中。

根据图4A-4D的示例实施方式的第二材料包括组合物Al

表2

在第二材料中的铝的成分为0.4的情况下，第二材料的带隙值为1.92EV，其导致1290nm的TPA截止波长。因此，在1310nm处的TPA效应是可忽略的并且不提供非线性。光损耗也低，例如，对于如本文中所述的由AlGaAs形成的12μm半径的MRR，线性损耗系数低至60dB/m。MRR 414的质量因子可以高于10

图5A-9C描绘了根据本文所公开的实施方式的作为输入光功率的函数的各种归一化非线性激活函数的图形表示。每个图形表示的纵轴示出了输出光功率，该输出光功率被归一化以提供每个相应图的归一化非线性激活函数。图5A、图6A、图7A、图8A和图9A描绘了在激活设备100的MRR 114包括硅波导的情况下的归一化非线性激活函数的图形表示。图5B、图6B、图7B、图8B和图9B描绘了在激活设备100包括由Ta

在MRR 114(例如，硅波导)的情况下，FCD效应引起的非线性效应通常大于克尔效应引起的非线性，这意味着硅形成的MRR的谐振频率将在高功率密度下蓝移。然而，在图3A-4D的Ta

在包括硅波导的MRR 114的情况下，当MRR 114的谐振在图形表示的原点处是红色波长失谐(例如，相对失谐是朝向电磁频谱的红色端)时，发生类径向基函数(例如，图5A)。参考图5A，归一化输出光功率(例如，归一化非线性激活函数)最初随输入光功率线性地增加。当MRR 114的谐振频率朝向输入光信号的频率蓝移时，MRR 114的幅度和相位经历急剧转变，并且在转变点周围可看到输出光功率的下降。随着MRR 114的谐振继续蓝移，将较少地耦接到MRR 114，从而导致输出光功率随着相对小的相位的变化而急剧地增加，如图5A中所示。

通过进一步增加输入光信号的光功率，可以得到ReLU激活函数，如图6A中所示。输出光功率在阈值输入光功率之后平滑地增加，并且可以通过经由MZC 106的第一相移机制108来调整分光比r来调谐平滑增加区域的斜率。

当谐振频率被调谐到输入光信号的频率时，大部分的光信号耦接到MRR 114(例如，r是小的)，并得到逆ReLU，如图7A中所示。线性部分的斜率可以经由经由第二相移机制112的MZI 110的两个分支之间的相位差的改变来改变。

当在一个分支中应用额外的π相位时，可以实现泄漏ReLU，如图8A中所示。例如，可以通过调谐相移机制112来应用额外的相位。

当MRR 114的谐振频率是红移的并且r是小的时，可发生二次非线性激活函数，其对应于输出光功率的急剧转变，如图9A中所示。

对于由Ta

由于根据本文所公开的实施方式的第二材料的高非线性和低损耗，激活设备100可以可切换地实现如上所述的各种非线性激活函数，与硅结构相比具有显著更少的输入光功率。例如，由于TA

因此，本文所公开的示例实施方式为光子神经应用提供了优势，因为此类网络中的功率需求低于100μW，其低于传统全光激活设备的功率需求。较低的输入光功率电平转换为从输入光源(例如，激光器和/或半导体光放大器(SOA))所需的较低功率，从而降低电能消耗并改善系统线性。

因此，根据本文所公开的实施方式的全光可重配置激活函数提供了若干优点。例如，一个非限制性优点是，与常规方法相比，SOI平台与Ta

另一个示例性非限制性优点是，异质地键合的AlGaAs平台(例如，图4A-4D)可以包括由第二波导428和第一波导402的AlGaAs形成的MOS电容器结构，可以控制施加在材料之间的电压偏置以在没有任何静态功耗的情况下实现相移。该MOS结构不仅适用于在非线性函数之间配置(例如，切换)，而且还可应用于MZI 110中。光源(例如，激光器)也可紧密地集成在单个平台上以最小化过渡损耗。虽然AlGaAs平台可能已经包括了这样的MOS结构，但是其他第二材料(诸如Ta

非限制性优点的另一个示例是本文所公开的实施方式可以应用在现有的硅光子平台上并且与CMOS结构兼容。一些无源和线性结构可以直接应用在SOI平台上。

另外，本文所公开的实施方式可基于可实现高速操作的超快克尔效应产生激活函数。例如，高速非线性激活和/或在不同的激活函数之间的改变(例如，如上文关于图5A到图9C所描述的)。FCD效应(其是由于自由载流子的寿命而对处理速度的限制)可忽略，如上文所述。此外，由于TPA诱导的自由载流子是可忽略的，因此热诱导的谐振移位也是可忽略的。因此，本文所公开的实施方式可在使用基于硅的结构以其他方式无法实现的功率强度水平下操作。

根据本文所公开的实施方式的相位调谐可通过许多不同的方法来实现。例如，贯穿本公开所描述的相移机制，诸如图2的相移机制108、112和/或116，可以被提供为能够在通过相应波导传播的光中引起相移的任何机制。例如，如上文所间接提及的，相移机制116可被配置为通过在一定长度上引起谐振结构(例如，MMR 114)的折射率的改变来调谐谐振频率，例如通过载流子注入(例如，电荷累积)、电荷耗尽或改变部分或全部谐振器结构的温度。作为另一示例，相移机制108和/或相移机制112可以通过在一定长度上引起波导的折射率的改变来引起相应分支内的相移，例如通过载流子注入(例如，电荷累积)、电荷耗尽或改变部分或全部谐振器结构的温度。

在第一示例中，本文所公开的相位调谐机制可以包括可被操作以改变波导(例如，波导302、波导402、MRR 114、MRR 314、MRR 414等)的温度的一个或多个加热/冷却元件(例如，电阻加热器等)。加热元件可以是例如物理地耦接到相应波导的一部分或全部的电阻器(例如，金属组件)。然后可将电流施加到电阻器，所述电阻器产生传递到相应波导的热从而引起温度的改变。对电流的控制可调谐温度，从而调谐相位和/或谐振频率。可基于如下的温度的变化来引起波导的相位的改变或相移(Δφ)：

其中L

图10A和图10B示出了根据本公开的实施方式的相移机制的另一示例实施方式。图10A和10B示出了示例混合MOS环形谐振器光调制器1000，其可以被实现为相位调谐机制，例如图2的相移机制108、112和114中的一个或多个。图10A是光调制器1000的透视图，并且图10B是沿着图10A中所示的线A-A'截取的混合MOS光调制器1000的截面图。

光调制器1000包括光波导1002、包括第一材料并形成在光波导1002中的阴极1004、以及包括不同于第一材料的第二材料并形成在光波导1002中的阳极1006，阳极邻接阴极。电容器被限定在阳极和阴极之间。

在一些示例中，衬底1001包括生长在下面的层1008上的氧化物。硅层1010形成在衬底1001上。沟槽1012将光调制器1000分成两个部分1014和1016，第一部分1014包括阳极1006。光波导1002形成在阳极1006中。阴极1004集成到第二部分1016。光波导1002可以例如在相移机制108的情况下短暂地耦接到分支118，在相移机制112的情况下短暂地耦接到分支122，和/或在相移机制116的情况下短暂地耦接到MRR 114的波导。在各种实施例中，阴极1004包括作为第一材料的III-V族材料层。MOS电容器1024被限定在阴极1004和阳极1006之间。

在阴极1004和阳极1006之间形成电介质1018。电介质1018可以是形成在MOS电容器1024的阴极1004和阳极1006之间的电绝缘材料，并且通过施加的电场使电介质1018的极化可以增加用于给定电场强度的MOS电容器1024的表面电荷。电介质1018可以是阴极或阳极或两者的天然氧化物，或可以是外部电介质材料，诸如可通过沉积、氧化、晶圆键合或其他电介质涂覆方法形成的高k电介质或聚合物。

阴极1004可以包括负掺杂的III-V族材料(诸如GaAs、AlGaAs等)，阳极1006可以包括正掺杂的硅。阴极1004上设置有阴极电极1020，阳极1006上设置有阳极电极1022。当在电极之间施加电压时，载流子积累、耗尽或反转可以发生在电介质1018周围。由于电容器区域与光波导重叠，因此载流子浓度变化可以导致波导100内的折射率和传播损耗的变化。通过偏置施加在电极之间的电压，可以相应地调制折射率，从而引起光强度调制、相移调制和衰减。

在调制器1000被实现为相移机制108的情况下，光可以从分支118的波导短暂地耦接到光波导1002中(例如，在分支118中传播的光的至少一部分被转移到光波导1002中)。在调制器1000被实现为相移机制112的情况下，光可以从分支122的波导短暂地耦接到光波导1002中(例如，在分支118的第一波导中传播的光的至少一部分被转移到光波导1002中)。在调制器1000被实现为相移机制116的情况下，光可以从分支118的第二波导短暂地耦接到光波导1002中(例如，在分支118中传播的光的至少一部分被转移到光波导1002中)。在每个这样的实施方式中，通过光波导1002传播的光基于由MOS电容器1024的偏置引起的波导模态折射率的变化而被调制、衰减和相移。调制的和衰减的光的一部分可以从光波导1002短暂地耦接到另一波导1005中。另一波导1005可以被实现为分支118(在光调制器1000被实现为相移机制108的情况下)，被实现为分支122(在光调制器1000被实现为相移机制112的情况下)和/或被实现为第二波导128(在光调制器被实现为相移机制116的情况下)。

例如，图10B包括DC电源1026。DC电源1026充当信号源并且具有连接到阴极电极1020的负端子和连接阳极电极1022的正端子。这导致负电荷从阴极1004朝向邻近阴极1004的光波导1002的一侧的迁移，以及正电荷(“空穴”)从阳极1006到波导1002的相对侧的迁移(在本文中也称为累积模式)。在其他示例中，DC电源1026的极性可以反转。反转DC电源1026的极性导致负电荷从波导1002朝向阴极电极1020的迁移，以及空穴从波导1002朝向阳极电极1022的迁移(在本文中也称为耗尽模式)。

MOS电容器1024在阴极1004的III-V族材料与本征硅或其他IV族材料的下伏电容器部分之间的边界处形成。硅和III-V族氧化物(例如，电介质1018)的薄层自然地在该边界处形成并且用作电容器的电介质。在一些示例中，该薄层具有纳米级的厚度，例如，几纳米厚。在一些示例中，不需要采取步骤来刺激电介质1018的形成。在其他示例中，可以例如通过升高温度、将材料暴露于富氧环境、或通过其他合适的技术来刺激电介质1018的形成。

如先前所讨论的，MOS电容器1024形成在光波导1002内部，使得在电容器电介质的任一侧上累积/耗尽的电荷载流子具有改变光波导的折射率和波导损耗(例如，在波形中传播的信号功率的损耗或衰减)的效果。

MOS电容器1024可以在累积、耗尽或反转模式中操作(例如，除了存在空穴之外，在电介质层处积累电子)。如上文所论述，可以在阳极与阴极之间施加DC电压，使薄电荷层在电介质层1018的两侧上积累、耗尽或反转。所得到的自由载流子密度的变化引起光波导1002的折射率n的变化，其表现为光模式的有效折射率的变化(Δn

其中q是施加到阴极1004和阳极1006的电荷，c是真空中光的速度，ε

在电容器末端的光相移(Δφ)取决于电压引起的Δn

如图10A中所示，光调制器1000可以是环形谐振器光调制器。在这种情况下，图10B中所示的沟槽1012被提供为环形沟槽，该环形沟槽将光调制器分别划分成第一部分1014和第二部分1016。类似地，阳极1006被提供为第二部分中的环形阳极，而阴极1004、电介质1018和硅层1010在第一部分中是圆柱形的。MOS电容器1024被限定在跨阴极和阳极之间的边界。

如上所述，在界面层处的电荷的耗尽或累积导致改变波导1002的局部折射率的自由载流子密度的变化。如上所述，参考图2到9C，波导1002的折射率的改变可用于引起在波导1002中传播的光的相移(例如，偏移相位)。当用作相移机制108时，基于对MOSCAP 1024的电压偏置的相移可用于调谐MZC 106，例如，基于受控的相位差来调谐从定向耦接器供应到MZI 110的各自分支中的光功率的比率。当用作相移机制112时，基于对MOSCAP 1024的电压偏置的相移可用于调谐在分支124中传播的光信号与在分支122中传播的光信号之间的相对相位差。如上文关于图5A到图9C所描述的，调谐分支122与124之间的相对相位差可以在不同的激活函数之间配置激活设备100。当用作相移机制116时，基于对MOSCAP 1024的电压偏置的相移可用于调谐MRR 114的谐振频率。MRR 114的谐振频率的受控调谐可用于在不同的激活函数之间配置激活设备100，如上文结合图5A到图9C所描述的。

图11示出了根据各种实施例的可用于操作非线性激活函数的示例计算组件。现在参考图11，计算组件1100可以是，例如，服务器计算机、控制器或能够处理数据的任何其他类似的计算组件。在图11的示例实施方式中，计算组件1100包括硬件处理器1102和机器可读存储介质1104。

硬件处理器1102可以是一个或多个中央处理单元(CPU)、基于半导体的微处理器和/或适合检索和执行存储在机器可读存储介质1104中的指令的其他硬件设备。硬件处理器1102可以获取、解码和执行诸如指令1106-1110的指令，以控制用于操作非线性激活函数的过程或操作，诸如结合图2-4D所描述的那些。作为检索和执行指令的替代或补充，硬件处理器1102可以包括一个或多个电子电路，所述一个或多个电子电路包括用于执行一个或多个指令的功能的电子组件，诸如现场可编程门阵列(FPGA)，专用集成电路(ASIC)或其他电子电路。

诸如机器可读存储介质1104的机器可读存储介质可以是包括或存储可执行指令的任何电子、磁、光或其他物理存储设备。因此，机器可读存储介质1104可以是例如随机存取存储器(RAM)、非易失性RAM(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、存储设备、光盘等。在一些实施例中，机器可读存储介质1104可以是非暂时性存储介质，其中术语“非暂时性”不涵盖暂时性传播信号。如以下所详细描述的，机器可读存储介质1104可以用可执行指令(例如，指令1106-1110)来编码。

硬件处理器1102可以执行指令1106以控制第一相移机制以调整MZI的第一偏置以调谐MZI的分支之间的相位差。例如，MZI可以被实现为MZI 110并且第一相移机制被实现为图2的相移机制112。如上所述，可以控制相移机制112以调谐分支122和分支124之间的相位差，从而将非线性相位转换为经由MZI的输出发送的非线性响应。

硬件处理器1102可以执行指令1108以控制耦接到MZI的分支之一的MRR的第二相移机制，以调整MRR的第二偏置，以使得非线性激活设备在大约MRR的谐振频率下工作。例如，MRR可以被实现为图2-4D的MRR 114、314和/或414中的一个并且第二相移机制被实现为相移机制116。如上所述，可以控制相移机制116以调谐MRR的谐振频率，从而提供由相移机制112转换的非线性。如上所述，MRR包括如上文关于图2-4D所述的由第二材料形成的波导。例如，第二材料可以是具有大于1.9eV的带隙并且具有大于3x10

硬件处理器1102可以执行指令1110以控制耦接到MZI的MZC的第三相移机制，以调整MZC的第三偏置以调谐MZI的分支相对于彼此的幅度。例如，MZC可以被实现为具有耦接到其一个分支的相移机制108的MZC 106。MZC 106作为基于相移机制108的调谐的可调谐定向耦接器。如上所述，相移机制108提供对供应到MZI 100的每个分支的光功率的分光比的调谐。因此，可以通过调谐相移机制108来平衡供应到MZI 110的每个分支的光功率的幅度。

因此，如上文参考图5A-9C所描述的，可以通过调整全光激活设备内的相位和光功率来单独地和独立地控制第一、第二和第三偏置，从而实现期望的激活函数。例如，可以控制相移机制108、112和116以将第一、第二和第三偏置设置为第一条件以实现第一激活函数(例如，图5A的径向基类函数)。然后可以调谐相移机制108、112和116中的一个或多个以将第一、第二和第三偏置中的一个或多个调整到第二条件以实现第二激活函数(例如，通过调谐输入光信号的光功率的ReLU激活函数，如图6A所示；调谐谐振频率以实现逆ReLU激活函数等如结合图5a-9c所描述的)。

图12描绘了在其中可以实现本文所描述的各种实施例的示例计算机系统1200的框图。计算机系统1200可以被实现为例如控制相移机制108、112和/或116中的一个或多个，并且包括用于通信信息的总线1202或其他通信机制、用于处理信息的与总线1202耦接的一个或多个硬件处理器1204。硬件处理器1204可以是例如一个或多个通用微处理器。

计算机系统1200还包括用于存储将由处理器1204执行的信息和指令(例如，指令1106-1110)的耦接到总线1202的主存储器1206，诸如随机存取存储器(RAM)、高速缓存和/或其他动态存储设备。主存储器1206还可以用于在执行由处理器1204执行的指令期间存储临时变量或其他中间信息。当其存储在处理器1204可访问的存储介质中时，此类指令使计算机系统1200成为被定制以执行指令中所指定的操作的专用机器。

计算机系统1200还包括用于存储用于处理器1204的静态信息和指令的耦接到总线1202的只读存储器(ROM)1208或其他静态存储设备。提供了用于存储信息和指令的耦接到总线1202的存储设备1210，诸如磁盘、光盘或USB拇指驱动器(闪存驱动器)等。

计算机系统1200可以经由总线1202耦接到显示器1212，诸如液晶显示器(LCD)(或触摸屏)，用于向计算机用户显示信息。包括字母数字键和其他键的输入设备1214耦接到总线1202，用于向处理器120传送信息和命令选择。另一类型的用户输入设备是光标控制1216，诸如鼠标、轨迹球或光标方向键，用于向处理器1204传送方向信息和命令选择并用于控制显示器1212上的光标移动。在一些实施例中，与光标控制相同的方向信息和命令选择可以经由接收在没有光标的触摸屏上的触摸来实现。

计算系统1200可以包括用户界面模块以实现GUI，所述GUI可以作为由计算设备执行的可执行软件代码存储在大容量存储设备中。该模块和其他模块可以包括例如组件，诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件、进程、函数，属性、过程、子例程、程序代码段、驱动器、固件、微代码、电路、数据，数据库、数据结构、表、数组和变量。

通常，如本文中所使用的字词“组件”、“引擎”、“系统”、“数据库”、“数据存储”等可以指体现在硬件或固件中的逻辑，或者指以编程语言(诸如，例如Java，C或C++)编写的可能具有入口点和出口点的软件指令的集合。软件组件可以被编译并链接到可执行程序中，安装在动态链接库中，或者可以用解释性的编程语言来编写，诸如，例如BASIC，Perl或Python。可以理解的时，软件组件可从其他组件或从其自身调用，并且/或可响应于检测到的事件或中断而被调用。被配置为在计算设备上执行的软件组件可被提供在计算机可读介质上，诸如光盘、数字视频光盘、闪存驱动器、磁盘或任何其他有形介质，或作为数字下载(并且可以最初以压缩的或可安装的格式存储，该压缩的或可安装的格式存储需要在执行之前安装、解压缩或解密)。此类软件代码可以部分地或完全地存储在执行计算设备的存储器设备上，用于由计算设备执行。软件指令可以嵌入固件中，诸如EPROM。将进一步理解的是，硬件组件可由连接的逻辑单元(诸如，门及触发器)组成，和/或可由可编程单元(诸如，可编程门阵列或处理器)组成。

计算机系统1200可使用定制的硬连线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和/或程序逻辑来实现本文中所描述的技术，所述程序逻辑与计算机系统组合使计算机系统1200成为专用机器或将计算机系统1200编程为专用机器。根据一个实施例，本文中的技术由计算机系统1200响应于处理器1204执行包含在主存储器1206中的一个或多个指令的一个或多个序列而执行。这样的指令可以从诸如存储设备1210的另一个存储介质读入主存储器1206。主存储器1206中包含的指令的序列的执行使处理器1204执行本文中所描述的过程步骤。在替代实施例中，硬连线电路可用于代替软件指令或与软件指令组合。

如本文中所使用的术语“非暂时性介质”和类似术语是指存储使机器以特定方式操作的数据和/或指令的任何介质。这样的非暂时性介质可以包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如存储设备1210。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器1206。非暂时性介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态硬盘、磁带或任何其他磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其他光数据存储介质、具有孔图案的任何物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、NVRAM、任何其他存储器芯片或盒，以及相同的联网版本。

非暂时性介质不同于传输介质但可以与传输介质结合使用。传输介质参与在非暂时性介质之间传输信息。例如，传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括构成总线1202的导线。传输介质也可以采用声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外数据通信期间生成的那些。

计算机系统1200还包括耦接到总线1202的通信接口1218。网络接口1218提供耦接到连接到一个或多个本地网络的一个或多个网络链路的双向数据通信。例如，通信接口1218可以是综合服务数字网络(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或提供到对应类型的电话线的数据通信连接的调制解调器。作为另一示例，网络接口1218可以是提供到兼容的LAN(或与WAN通信的WAN组件)的数据通信连接的局域网(LAN)卡。还可以实现无线链路。在任何这样的实施方式中，网络接口1218发送和接收携带表示各种类型的信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。

网络链路通常通过一个或多个网络向其他数据设备提供数据通信。例如，网络链路可通过本地网络向主机计算机或向由因特网服务提供商(ISP)操作的数据设备提供连接。ISP进而通过现在通常称为“因特网”的全球分组数据通信网络提供数据通信服务。本地网络和因特网都使用携带数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。通过各种网络的信号和网络链路上的信号以及通过通信接口1218的信号(其携带到计算机系统1200和来自计算机系统1200的数字数据)是传输介质的示例形式。

计算机系统1200可以通过网络、网络链路和通信接口1218发送消息和接收数据，包括程序代码。在因特网示例中，服务器可以通过因特网、ISP、本地网络和通信接口1218发送用于应用程序的所请求的代码。

所接收的代码可以在其被接收时由处理器1204执行，并且/或者存储在存储设备1210或其他非易失性存储器中以供稍后执行。

前面部分中所描述的过程、方法和算法中的每一个可以体现在由包括计算机硬件的一个或多个计算机系统或计算机处理器执行的代码组件中，并且完全或部分地自动化。一个或多个计算机系统或计算机处理器还可以操作以支持“云计算”环境中的相关操作的执行或作为“软件即服务”(SaaS)。过程和算法可以部分地或全部地在专用电路中实现。上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。不同的组合和子组合旨在落入本公开的范围内，并且在一些实施方式中可以省略某些方法或过程块。本文中所描述的方法和过程也不限于任何特定的序列，并且与其相关的块或状态可以以适当的其他序列执行，或者可以并行执行或以一些其他方式执行。块或状态可以被添加到所公开的示例实施例或从所公开的示例实施例中移除。某些操作或过程的执行可以分布在计算机系统或计算机处理器之间，不仅驻留在单个机器内，而且部署在多个机器上。

如本文中所使用的，可以利用任何形式的硬件、软件或其组合来实现电路。例如，可以实现一个或多个处理器、控制器、ASIC、PLA、PAL、CPLD，FPGA、逻辑组件、软件例程或其他机制来构成电路。在实现中，本文所描述的各种电路可以被实现为分立电路或者所描述的功能和特征可以部分地或全部地在一个或多个电路之间共享。尽管各种特征或功能要素可以被单独地描述或要求保护为单独的电路，但是这些特征和功能可以在一个或多个公共电路之间共享，并且这样的描述不要求或暗示需要单独的电路来实现这样的特征或功能。在全部或部分地使用软件来实现电路的情况下，这样的软件可以被实现为与能够执行有关其描述的功能的计算或处理系统(诸如计算机系统1200)一起操作。

如本文所使用的，术语“或”可以以包括性或排他性的意义来解释。此外，对以单数形式的资源、操作或结构的描述不应被解读为排除复数形式。除非另有明确说明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则诸如，除其他之外，“可以”、“可以”、“可能”或“可以”等条件性语言通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或步骤。

除非另有明确说明，否则在本文中所使用的术语和短语及其变型应当被解释为开放式的而不是限制性的。诸如“常规的”、“传统的”、“通常的”、“标准的”、“已知的”的形容词和类似含义的术语不应被解释为将所描述的项限制到给定时间段或限制到给定时间可用的项，而相反应被解读为涵盖现在或将来的任何时间可能可用的或已知的常规的、传统的、通常的或标准的技术。在一些实例中，诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”的扩展性单词和短语或其他类似短语的存在不应被解读为在可能没有这些扩展性短语的情况下预期或要求采用较窄的情况。