I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  14 ,   No .   2 J u ly   20 25 ,   p p .   31 1 ~ 3 1 9   I SS N:  2089 - 4864 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 14 . i 2 . pp 31 1 - 3 1 9           311       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   Build ing  a pho ton ic neural n etw o rk  bas ed on  m ul ti - o pera nd  m ul ti m o de in ter f erence  ring  reso n a tors       T ha nh   T ien D o ,   H a i Y en  P h a m ,   T r un g   T ha nh   L e   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   I n t e r n a t i o n a l   S c h o o l   ( V N U - I S ) ,   V i e t n a m N a t i o n a l   U n i v e r si t y   ( V N U ) ,   H a n o i ,   V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   1 9 ,   2 0 2 4   R ev i s ed   Dec   3 0 ,   2 0 2 4   A cc ep ted   Ma r   2 9 ,   2 0 2 5       P h o t o n ic  n e u ra l   n e tw o rk (P NN s o f f e si g n if ica n p o ten ti a l   f o e n h a n c i n g   d e e p   lea rn i n g   n e tw o rk s,  p ro v id i n g   h ig h - sp e e d   p r o c e ss in g   a n d   l o w   e n e rg y   c o n su m p ti o n .   I n   th is   p a p e r,   w e   p re se n t   a   n o v e P NN   a rc h it e c tu re   t h a e m p lo y n o n li n e a o p ti c a n e u r o n u si n g   m u lt i - o p e ra n d   4 × 4   m u lt i m o d e   in terf e re n c e   (M M I)  m u lt i - o p e ra n d   rin g   re so n a to rs  ( M ORRs to   e ff icie n tl y   p e rf o r m   v e c to d o t - p r o d u c c a lcu latio n s.  T h is  d e sig n   is  in teg ra ted   in t o   a   p h o to n ic  c o n v o lu ti o n a n e u ra n e tw o rk   (P CNN w it h   tw o   c o n v o lu ti o n a l   la y e rs  a n d   o n e   f u ll y   c o n n e c ted   la y e r.   S im u latio n   e x p e rim e n ts,  c o n d u c ted   u sin g   L u m e ri c a a n d   A n s y to o ls,  d e m o n stra ted   th a th e   m o d e a c h iev e d   a   h ig h   tes a c c u ra c y   o f   9 8 . 2 6 %   o n   t h e   M NIST   d a tas e t,   w it h   tes lo ss e s   sta b il izin g   a a p p ro x im a tel y   0 . 0 4 % .   T h e   p ro p o se d   m o d e w a e v a lu a ted ,   d e m o n stra ti n g   h ig h   c o m p u tati o n   sp e e d ,   im p ro v e d   a c c u ra c y ,   lo w   sig n a lo ss ,   a n d   sc a lab il it y .   T h e se   f in d in g h i g h li g h t h e   m o d e l’s  p o ten ti a l   f o a d v a n c in g   d e e p   lea rn in g   a p p li c a ti o n s w it h   m o re   e ff icie n h a rd w a re   i m p le m e n t a ti o n s.   K ey w o r d s :   4 ×4   m u lti m o d in ter f er en ce   C o n v o lu tio n al  n e u r al  n e t w o r k s   Hig h - s p ee d   co m p u ti n g     Mu lti - o p er an d   r in g   r eso n ato r s   P h o to n ic  n eu r al  n et w o r k s   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T r u n g   T h an h   L e   Facu lt y   o f   E n g i n ee r i n g   a n d   T e ch n o lo g y ,   I n ter n atio n a l Sch o o l ( VNU - I S)   Vietn a m   Natio n al  Un iv er s it y   ( VNU)   1 4 4   Xu an   T h u y   R o ad ,   C au   Gi a y ,   Han o 1 0 0 0 0 0 ,   Vietn am   E m ail:  t h a n h . le @ v n u . ed u . v n         1.   I NT RO D UCT I O N   C o n v o lu tio n al  n e u r al  n et w o r k s   ( C NN s ) ,   in f lu e n ce d   b y   t h p r in cip les  o f   b io lo g ica n er v o u s   s y s te m s ,   h av d ev elo p ed   in to   s tr o n g   f o r m   o f   ar ti f icial  n e u r al  n et w o r k   [ 1 ] .   T h ey   ar u tili ze d   i n   i m a g r ec o g n itio n   task s ,   allo w i n g   f o r   n o tab le  r ed u ctio n   in   t h co m p lex it y   o f   th n et w o r k   w h ile  s t ill  p r o v id in g   h ig h l y   ac cu r at e   p r ed ictio n s .   Fu r th er ,   th er ar m a n y   ap p licatio n s ,   co n s is t in g   o f   i m a g class i f icatio n ,   o b ject  d etec tio n ,   f ac ial   r ec o g n itio n ,   r ea l - t i m lan g u a g tr an s latio n ,   an d   o t h er   r elate d   f ield s   [ 2 ] [ 3 ] .   T h g r o w in g   co m p le x it y   o f   ap p licatio n s   li k s el f - d r iv i n g   v eh ic les  a n d   clo u d - b ased   ar ti f icial  in tel lig e n ce   ( A I )   s er v ice s   is   d r iv i n g   t h n ee d   f o r   f aster ,   m o r en er g y - e f f icie n t n e u r o m o r p h ic  h ar d w ar e.   Ho w e v er ,   cu r r en m et h o d s ,   w h ich   lar g e l y   r el y   o n   th v o n   Neu m an n   co m p u t in g   ar ch itect u r e,   f ac f u n d a m en ta ch alle n g e   in v o l v in g   tr ad e - o f f   b et w ee n   t h s p ee d   o f   d ata  tr an s f er   an d   t h e   a m o u n o f   e n er g y   co n s u m ed .   T h is   li m itatio n   ar is es  m a in l y   f r o m   t h f ac t h at,   in   th e s s y s te m s ,   m e m o r y ,   an d   p r o ce s s in g   u n it s   ar p h y s ica ll y   s ep ar ated ,   lead in g   to   i n e f f icien c ies  i n   p er f o r m a n ce   a n d   en er g y   co n s u m p tio n   [ 4 ] - [ 7 ] .   T h is   s ep ar atio n   cr ea tes  b o ttlen ec k s   w h e n   h a n d li n g   lar g v o lu m e s   o f   d ata,   m a k i n g   it  d i f f ic u lt  to   s i m u lta n eo u s l y   o p tim ize  b o th   s p ee d   an d   en er g y   ef f icie n c y .   Fu r t h er m o r e,   co n v o l u tio n   o p er atio n al  la y er s   m a k u p   ab o u 9 0 o f   C NN ' s   co m p u tatio n s   [ 8 ] .   W h ile  th er is   s tr o n g   p ar alleli s m   w it h i n   la y er s ,   d ata  d ep en d en cies  ac r o s s   la y er s   ch alle n g e   an y   ef f o r o f   in ter - la y er   p ar alleliza tio n .   T h is   lead s   to   s ca lab ilit y   is s u e s   w it h   p o w er   an d   p er f o r m a n ce ,   w h ic h   ar w o r s en ed   b y   t h e   in h er e n t p o w er   a n d   s p ee d   li m i ts   o f   elec tr o n ic s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   311 - 3 1 9   312   P h o to n ic  n e u r al  n et w o r k s   ( P NNs)  ar co n s id er ed   h i g h l y   p r o m i s i n g   f o r   t h n e x g en er atio n   o f   h ar d w ar p r o ce s s o r s   d esig n ed   f o r   n eu r o m o r p h ic  co m p u t in g .   P h o to n ic  d ev ices  h av v er y   l o w   lo s s ,   h elp i n g   to   g r ea tl y   m i n i m ize  s ig n al  at ten u atio n .   Fu r t h er m o r e,   th e y   ca n   o v er co m t h b an d w id t h   b o ttlen ec k s   f o u n d   in   elec tr ical  s y s te m s ,   ac h ie v in g   h i g h   co m p u ti n g   s p ee d s   [ 9 ] - [ 1 2 ] .   Mo r eo v er ,   in   P NNs,  lig h tr an s m is s io n     d ir ec tl y   f ac ilit ate s   d at p r o c ess i n g ,   ef f ec ti v el y   el i m i n ati n g   th n ee d   f o r   d ata  s h u ttli n g ,   w h ic h   is   k e y   in e f f ic ien c y   i n   t h v o n   Ne u m an n   co m p u ti n g   m o d el.   O v er   r ec en y ea r s ,   P NN s   h a v g ar n er ed   s i g n if ican t   atten tio n   f o r   en ab lin g   h i g h - s p ee d ,   lar g e - s ca le,   an d   h ig h l y   p ar allel  o p tical   n eu r o m o r p h ic  h ar d w ar e.   Var io u s   p h o to n ic  C NN  i m p le m e n tati o n s   h a v b ee n   class i f ied   in to   f o u r   g r o u p s o p tical  C NNs  b ased   o n   lig h t   d if f r ac tio n   [ 1 3 ] - [ 1 7 ] ,   o p tical  C NNs  u s i n g   li g h i n ter f er en c [ 1 8 ] - [ 2 1 ] ,   o p tical  C NNs  u t ilizin g   w a v elen g t h   d iv is io n   m u ltip le x i n g   [ 2 2 ] - [ 2 4 ] ,   an d   o p tical  C NNs r el y i n g   o n   tu n ab le  o p tical  atten u atio n   [ 2 5 ] [ 2 6 ] .   Ho w e v er ,   p r ev io u s   tr ad itio n al   P NNs  ar co n s tr ain ed   b y   h i g h   ar ea   co s t s   an d   t h li m ita ti o n   o f   o n e   m u ltip l y - ac c u m u la te  ( M A C )   o p er atio n   p er   p h o to n ic  d ev ice.   Usi n g   m atr ix   s i n g u lar   v a l u d ec o m p o s itio n   ( SVD)   an d   u n itar y   m a tr ix   p ar am etr izat io n   as  d escr ib ed   in   R ec k   et  a l.   [ 2 7 ]   an d   R ib eir o   et  a l.   [ 2 8 ] .     Sh e n   et  a l.   [ 2 9 ]   d ev elo p ed   an d   i m p le m e n ted   f u ll y   P NN ,   ac h iev i n g   m u lti la y e r   p er ce p tr o n   ( ML P )   ar ch itect u r th r o u g h   ar r ay s   o f   Ma ch - Z e h n d er   in ter f er o m eter s   ( MZ I s ) .   Ho w ev er ,   its   ar ea   co s i m p r o v e m e n is   li m ited .   T h ese  s ca lab ilit y   li m i tatio n s   ar k e y   ch alle n g th at  P NNs  s ee k   to   o v er co m e.   h ar d w ar e - s o f t w ar e   c o - d esig n   o f   s li m m ed   P NN  b ased   o n   MZ I s   h a s   b ee n   p r o p o s ed   [ 3 0 ]   to   ac h iev r ed u ctio n   o f   1 5 to   3 8 in   th n u m b er   o f   MZ I s   r eq u ir ed   f o r   d if f er e n n e t w o r k   s ize s .   M o r eo v er ,   an   FF T - b ased   ar ch itectu r p r o p o s ed   b y   Gu   et  a l.   [ 3 1 ]   ac h iev es 2 . 2   3 . 7 x   ar ea   co s t i m p r o v e m en t c o m p ar ed   w it h   o th er   P NNs.     Fu r t h er m o r e,   m a n y   P NNs  o n l y   ac h iev ac c u r ac y   b elo w   9 5 %,  w h ic h   i s   s ig n i f ica n tl y   lo wer   th an   th e   av er ag 9 9 o f   elec tr ical  C NNs  [ 3 2 ] - [ 3 4 ] .   T h er ef o r e,   th er is   s tr o n g   n ee d   to   d esig n   n e w   P NN   ar ch itect u r th at  ca n   ac h ie v h ig h   ac c u r ac y   a n d   lo w   lo s s   co m p ar ab le  to   th a t o f   elec tr ical  C NNs.   T o   ad d r ess   th ar ea   co s lim i t atio n s   an d   ac h ie v h i g h   ac cu r ac y   w ith   lo w   lo s s   i n   P NNs,  w p r o p o s a   n o v el  P NN  ar ch itect u r u s in g   n e w   m u lti - o p er an d   r in g   r es o n ato r   ( MO R R )   d esig n ,   w h ich   r elies  o n   s i n g l e   4 × m u lti m o d in ter f er en ce   ( MMI )   co u p ler   o n   s ilico n   w a v eg u id e s .   T h k e y   ad v a n ta g es  o f   th i s   n e w   d e s ig n   in cl u d lo w   lo s s ,   co m p at ib ilit y   w it h   co m p le m e n tar y   m eta o x id s e m ico n d u cto r   ( C MO S )   tech n o lo g y ,   h i g h   b an d w id t h ,   r elax ed   f ab r icatio n   to ler an ce s ,   a n d   r ed u ce d   s e n s it iv i t y   to   w a v ele n g th   o r   p o lar izatio n   v ar iat io n s   d u to   th u s o f   th M MI   co u p ler .   T h m a in   co n tr ib u tio n s   a r as f o llo w s :   -   Scalab ilit y w i n tr o d u ce   s ca lab le  P NN  a r ch itectu r th at  s u r p ass es  p r ev io u s   P NNs  in   ter m s   o f   f o o tp r in t ,   o f f er i n g   m o r co m p ac t a n d   ef f icien t d esig n .   -   E f f icien c y t h p r o p o s ed   P N ar ch itectu r s u p p o r ts   h ig h   lev els  o f   p ar allel  co m p u tatio n ,   ac h iev in g   b o t h   h ig h   ac cu r ac y   an d   lo w   lo s s .   T h is   ad d r ess es  k e y   c h alle n g e s   f o u n d   in   tr ad itio n al  elec tr ical  C NNs,  o f f er i n g   i m p r o v ed   p er f o r m an ce   i n   P NN  s y s te m s .       2.   M E T H O D   I n   th is   s ec tio n ,   w f ir s d esi g n   n o v el  MO R R   f u n ctio n i n g   as  n eu r o n   in   P NN.   I is   c o n s tr u cted   u s i n g   4 × 4   MM I   c o u p ler   w i th   s ilico n - b ased   w a v e g u id es.  Fo llo w i n g   th i s ,   co m p lete  P NN  ar ch itect u r e   is   p r o p o s ed ,   d em o n s tr ati n g   h o w   d ata  ca n   b tr an s f o r m ed   an d   p r o ce s s ed   w it h i n   p h o to n ic  co m p o n e n ts .   T h o u tp u i s   g e n er ated   b y   co n v er tin g   o p tical  s i g n al s   i n to   d ig ita d ata,   w h ich   i s   t h en   u s ed   to   class i f y   i m a g e s   o n   th MN I ST   d ataset.   T h ex p er i m en to   v alid ate  t h p r o p o s ed   P NN  an d   it s   p er f o r m an c o n   t h d atase is   co n d u cted   v ia  s i m u la tio n   u s i n g   L u m er ical  a n d   I n ter co n n ec ( An s y s )   to o ls ,   in teg r ated   w it h   P y t h o n   ( P y T o r ch )   to   ex ec u te  f u l l y   o p er atio n al  P NN.     2 . 1 .   P r o po s ed   m ulti - o pera nd   ring   re s o na t o pro f ile   W p r esen n o v el  MO R R   co n tr o lled   b y     elec tr ical  s ig n al s   1 , 2 , . . .   ( s ee   Fig u r 1 ) .   T h MO R R   is   in te g r ated   w it h   4 × 4   MM I   co u p ler   o n   s ilico n   w a v eg u id es.  T h w a v e g u id ar m ad o f   s ilico n   on   in s u lato r   w it h   d i m e n s io n s   o f   5 0 0   n m   i n   w i d t h   an d   2 5 0   n m   in   h ei g h f o r   b o th   in p u an d   o u tp u p ath s .   T h s elec ted   len g t h   (  )   an d   w id th   (  )   o f   th 4 × 4   MM I   ar  = 3 2 = 214      an d    = 6    ,   r esp ec tiv el y   [ 3 5 ] .   W h er = 0 1   is   t h b ea le n g th   o f   th e   MM I 0   an d   1   ar th p r o p ag atio n   co n s t an t s   o f   th f u n d a m en ta an d   f ir s t - o r d er   m o d es  s u p p o r ted   b y   t h e   m u lti m o d w a v eg u id w it h   t h w id th   o f    .   E ac h   i n p u s ig n al    in d u ce s   a   p h ase  s h i f ( ) ,   w ith   th to tal  ac cu m u lated   p h ase  s h i f g i v e n   b y   = = 1 ( ) .   W em p lo y   th e m   as  n e u r o n s   in   P NN .   T h in /te n s it y   b u il d u p   f u n ctio n   o f     d escr ib ed   b y   th e   f o llo w in g   [ 3 6 ] :      = ( ) = | 2 2  + 2 1 2  + 2 2 | , = = 1 ( )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       B u ild in g   a   p h o to n ic  n e u r a l n et w o r b a s ed   o n   mu lti - o p era n d   mu ltimo d in terf eren ce     ( Th a n h   Tien   Do )   313   I n   th i s   eq u at io n    an d      r ep r esen t h o u tp u a n d   in p u li g h t   i n ten s it y   at  t h i n p u a n d   t h r o u g h   p o r ts ,   r esp ec tiv ely .   B o th   o f   th e m   ar n o r m alize d   w i th i n   r an g b et w ee n   0   an d   1   (  ,  [ 0 , 1 ] )   is     s elf - co u p li n g   co ef f ic ien an d     is   th s in g le - p as s   a m p lit u d tr an s m is s io n   f ac to r .   T h v ar ia b le    d en o tes  th e   in p u v o lta g in   t h elec tr ic  d o m a in ,   a n d     is   t h w eig h a s s o ciate d   w it h   th a in p u t.  T h w ei g h   ca n   b e   ad j u s ted   th r o u g h   v ar io u s   m e ch an i s m s   s u c h   as  a lter in g   t h s ize  o f   ac ti v r eg io n s   o r   m o d i f y i n g   d r i v in g   v o l tag e s .   T h ( )   tr an s f er   f u n ctio n   is   n o n - li n ea r   an d   ca n   b lev e r ag ed   in   n e u r al  n et w o r k   co m p u tatio n .           Fig u r 1 .   A   m u l ti - o p er an d   m ic r o - r in g   r eso n ato r       Fo r   th p r o p o s ed   MO R R   s tr u ctu r e,   th f r ee   s p ec tr al  r an g ( FS R )   is   v er y   h i g h .   As  r es u lt,  h i g h   b an d w id t h   an d   h i g h   b it  r ate  ca n   b ac h iev ed .   T h p r o p o s ed   d esig n   is   s u itab le  f o r   h ig h - s p ee d   s y s te m s .   T h f i n ite - d if f er en ce   ti m e - d o m ain   ( FDT D)   s i m u latio n   f o r   ON   an d   OFF   r eso n a n ce s   is   s h o w n   i n   F ig u r e   2 .   T h e   Fig u r 2 ( a)   s h o w s   t h O r eso n an ce   s tate.   I n   th is   s tate,   t h s i g n als  w i th in   t h w a v e g u id es  co n s tr u cti v el y   in ter f er e,   r es u lti n g   i n   t h p r o p ag atio n   o f   t h s i g n al  th r o u g h   th w a v e g u id s y s te m .   T h i s   s tate  d e m o n s tr a tes   s tr o n g   s i g n al  tr a n s m i s s io n   as  th m icr o r in g   is   r eso n a n at  t h o p er atin g   w a v ele n g th .   T h e   Fig u r 2 ( b )   s h o w s   th OF F r eso n a n ce   s tate.   I n   t h i s   s tate,   d estru c tiv i n ter f er en c o cc u r s ,   r esu lti n g   in   w ea k   s ig n al  tr an s m is s io n   o r   al m o s n o   s i g n al  p r o p ag atio n .   T h is   in d icate s   t h at  th m icr o r in g   is   n o r eso n an at  th o p er atin g   w a v ele n g t h ,   ef f ec tiv e l y   b lo ck i n g   th s ig n al .         ( a)       ( b )     Fig u r 2 .   Si m u latio n s   o f   t h s i g n al  p r o p ag atio n   v ia  t h MO R R   u s in g   4 × 4   MM I   co u p ler   o n   s ilico n   w a v e g u id es ( a)   ON  an d   ( b )   OFF r eso n a n ce s       2 . 2 .   P r o po s ed  ph o t o nic c o nv o lutio na l neura l net w o rk   B u ild in g   o n   th p r o p o s ed   MO R R ,   w in tr o d u ce   n o v el  P NN,   w h er th in te n s it y   o f   in p u p o w er   i s   cr ea ted   b y   m o d u lati n g   m an y   d i f f er e n lig h s o u r ce s ,   s u ch   as  laser   d io d es  th at  o p er ate  at  d if f er en t   w a v ele n g t h s .   I n itial l y ,   t h ese  la s er   d io d es  ar m u ltip le x ed   at  f ir s an d   th e n   s p li o n to   m u lt ip le  r o w s   i n   an   ar r a y   o f   m icr o r in g   r e s o n ato r s   ( s ee   Fig u r 3 ) .   B y   u tili zi n g   p h o to d io d es  at  th e   o u tp u to   ca p tu r th p h o to n ic  s i g n al   f r o m   ea ch   r o w ,   th ac c u m u lat ed   p o w er   o f   all  w a v ele n g t h s   is   m ea s u r ed   as th o u tp u t p o w er   o f   lig h t.   Ass u m in g   w h av a n   ×   m atr i x   o f   w ei g h ts   m ap p in g   o n to   a n   ar r a y   o f   MO R R ,   i is   s p lit  i n to   a   g r id   ×   s u b - m atr ice s   o f   b lo ck s   o f   s ize  ×     (   -   th n u m b er   o f   o p er an d s   in   t h r in g   r eso n ato r s ,   an d   = ÷ , = ÷ ) .   E ac h   b lo ck   ×     ap p lies   b lo ck - cir cu lan w eig h m atr i x   tech n iq u [ 3 7 ] .   T h is   s tr u ct u r allo w s   u s   to   d ep lo y   an   ar r a y   o f   MO R R s   f o r   n o n li n ea r   co m p u tatio n s   i n   P NNs.  I n   t h   r o w ,   t h e   MO R R s   r eso n ate  at  th wav elen g t h     an d   t h o u tp u t    ( ) = (   = 1 ) .  ,   as  m ea s u r ed   b y   a   p h o to d etec to r .   Fin all y ,   t h lig h t in ten s it y     in   r o w     is   d etec te d   an d   m ea s u r ed   as  ( ) = = 1 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   311 - 3 1 9   314       Fig u r 3 .   T h p r o p o s ed   m o d el       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   3 . 1 .   Si m ula t io n   o f   t he  pro po s ed  ph o t o nic neura l net w o rk   W s i m u late   MO R R   n e u r o n   w i th   t h r ee   o p er an d s   ( n =3 )   at  r eso n an ce   w a v ele n g th   o f   1 , 554. 28   n m .   A   p h o to n ic  s i m u latio n   is   co n d u cted   to   test   th f u n c tio n ali t y   o f   th p r o p o s ed   m o d el  w it h i n   C NN.   T h C NN  co n f i g u r atio n   i n cl u d es t h f ir s t t w o   co n v o lu tio n al  la y er s ,   f o l lo w ed   b y   a   f latte n ed   la y er   f o r   class i f icatio n .   E ac h   co n v o lu tio n al  la y er   i n clu d e s   3 2   k er n els  w it h   s ize  o f   5 × 5 ,   s tr id o f   2 ,   an d   p ad d i n g   o f   1 .   Af ter   ea c h   co n v o lu tio n al  la y er ,   w ap p l y   b atch   n o r m al izatio n   ( B atch No r m )   u s i n g   tr an s - i m p ed an ce   a m p li f ier s   ( T I A )   an d   o f f s et  v o lta g s ig n als  to   m i n i m ize  laten c y   o v er h ea d .   B y   ad j u s tin g   th g ai n ,   B atch No r m   ef f ec tiv e l y   s m o o th s   th a m p lit u d o f   ac tiv atio n   s ig n a ls .   T h f latten ed   la y er   is   u s ed   f o r   th f in al  clas s i f icat io n ,   p r o d u cin g   1 0   o u tp u ts .   T h P NN  is   tr ain ed   f o r   1 0 0   e p o ch s   u s i n g   th A d a m   o p ti m i ze r .   T h d ataset  is   MN I ST .   I n p u d ata,   k er n el s ,   an d   ac tiv a tio n   f u n cti o n s   ar r ep r esen ted   in   f lo at3 2   f o r m a t.  T h p r o p o s ed   p h o t o n ic  C NN  m o d el  is   i m p le m en ted   u s in g   an   o p en - s o u r ce   lib r ar y   b ased   o n   P y to r ch   an d   r u n s   o n   m ac h i n eq u i p p ed   w it h   an   I n tel   C o r i5 - 9 7 0 0   C P an d   NVI DI A   R T 3 6 0 0   GP U.     3 . 2 .   P er f o rm a nce  o f   pro po s e d pho t o nic neura l net w o rk   T h r esu lts   in d icate   th at  th h ig h e s te s ac c u r ac y   o f   t h m o d el  is   9 8 . 2 6 at  ep o ch   1 0 0 .   T h th r ee   h ig h e s test   ac cu r ac ies  ar 9 8 . 7 2 ( ep o ch   7 9 ) ,   9 8 . 7 ( ep o c h   8 2 ) ,   an d   9 8 . 6 8 %   ( ep o ch   9 1 )   ( s ee   Fig u r 4 ) .   T h test   lo s s   s tab ilizes  at  ap p r o x i m atel y   0 . 0 4 f r o m   ep o ch   8 0   ( s ee   Fig u r 5 ) .   T h te s ac cu r ac y   o f   o u r     m o d el  n ea r l y   r ea ch es  t h 9 9 lev el,   s i m ilar   to   tr ad itio n al  C NN  m o d els  lik VG G - 1 6 ,   R esNet - 5 0 ,   an A le x Net  [ 3 8 ] - [ 4 1 ] .   H o w ev er ,   th s p ee d   o f   o u r   m o d el  b ased   o n   lig h t - b ased   co m p u t atio n ,   r ep r esen ts   s ig n i f ica n t i m p r o v e m e n t o v er   th d ig ita l c o m p u ta tio n s   e m p l o y ed   b y   t h ese  tr ad itio n a l CNN s   [ 4 2 ] ,   [ 43] .           Fig u r 4 .   T r ain   ac cu r ac y   a n d   test   ac cu r ac y       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       B u ild in g   a   p h o to n ic  n e u r a l n et w o r b a s ed   o n   mu lti - o p era n d   mu ltimo d in terf eren ce     ( Th a n h   Tien   Do )   315       Fig u r 5 .   T r ain   lo s s   an d   te s t lo s s       W ad j u s th n u m b er   o f   co n v o l u tio n a la y er s   to   o b s er v e   th c h an g es  in   ac c u r ac y   a n d   lo s s .   B y   ev alu a tin g   d if f er en co n f i g u r a tio n s ,   w as s es s   h o w   t h n u m b er   o f   co n v o lu tio n al  la y er s   i m p ac ts   th m o d el s   p er f o r m a n ce   i n   ter m s   o f   b o th   ac cu r ac y   a n d   lo s s .   T h r esu l t s   s h o w   t h at  as  t h n u m b er   o f   c o n v o l u tio n al  la y er s   in cr ea s es,  ac c u r ac y   i m p r o v e s   w h ile  lo s s   d ec r ea s e s   ( s ee   T ab le  1 ) .   T h o p tim al   s et u p   in cl u d es  t h r ee   co n v o lu tio n al  la y er s   an d   o n f u ll y   co n n ec ted   la y er ,   ac h ie v i n g   th e   h i g h est  ac c u r ac y   ( 9 9 . 0 7 %)  an d   th e   lo w est   lo s s   ( 0 . 0 3 %).   Ho w e v er ,   ad d in g   f o u r t h   co n v o lu tio n al   la y er   m a y   lead   to   o v er f it tin g   an d   i n cr ea s ed   co m p u tatio n al  co m p le x it y .   Ad d itio n all y ,   i n cr ea s i n g   th n u m b er   o f   la y er s   r aises   th co m p u tatio n al  lo ad   an d   r eso u r ce   r eq u ir em e n t s ,   w h ic h   s h o u ld   b ca r ef u ll y   co n s id er e d ,   p a r ticu lar l y   w h e n   d ep lo y i n g   m o d els  o n   d ev ices   w it h   li m ited   h ar d w ar ca p ab ili ties .       T ab le  1 .   Ou r   m o d els o n   d i f f er en t n u m b er   o f   la y er s   O u r   mo d e l s   A c c u r a c y   ( %)   L o ss   ( %)   1 .   C o n v + 1   F C   9 7 . 3 9   0 . 0 8   2 .   C o n v + 1 F C   9 8 . 7   0 . 0 6   3 .   C o n + 1 F C   9 9 . 0 7   0 . 0 3       3 . 3 .   Co m pa ri s o n w it o t her  ph o t o nic neura l net w o rk   W r u n   o u r   m o d el  u s i n g   p r ec is io n   o f   7   b its   f o r   b o th   i n p u ts   a n d   w ei g h ts .   T h m o d el  a ch iev e s   a n   ac cu r ac y   o f   ap p r o x i m atel y   9 8 . 1 ( s ee   Fi g u r 6 ) ,   w it h   lo s s   o f   ar o u n d   0 . 0 4 %.  W h en   co m p ar ed   to   o th er   P NN  ( s ee   T a b le  2 ) ,   th r esu lt s   i n d ic ate  th at  o u r   m o d el  o u tp er f o r m s   th e m   i n   ter m s   o f   ac cu r ac y   o n   t h s a m MN I ST  d ataset.             Fig u r 6 .   T est ac cu r ac y   o n   7 - b it f o r   p ar am e ter s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   311 - 3 1 9   316   T ab le  2 .   C o m p ar is o n   b et w ee n   o u r   m o d el  w i th   o t h er   p r ev io u s   P NN  m o d els   M o d e l   L a y e r s   Q u a n t i z a t i o n   A c c u r a c y   ( %)   O u r   mo d e l   2   C o n v + 1   F C   7   b i t   9 8 . 1   I D N N - V M M   [ 1 6 ]   2 F C   /   9 2 . 6   M R R - V M M   [ 1 7 ]   3 F C   4   b i t   9 7 . 4 1   M ZI - V M M   [ 1 8 ]   2 F C   5   b i t   7 6 . 7 0   P C M - V M M   [ 1 9 ]   1   C o n v + 1 F C   7   b i t   9 5 . 3 0   T O P S - C A   [ 2 0 ]   C o n v + 1 F C   7   b i t   88       3 . 4 .   Are a   re du ct io n a nd   s y s t e m   ef f iciency   B y   ta k i n g   ad v an ta g o f   u s in g   t h b lo ck - cir c u la n weig h m atr i x   tec h n iq u p r esen ted   b y     Din g   et   a l.   [3 7 ] ,   o u r   m o d el  ca n   r ed u ce   t h n u m b er   o f   w ei g h t   m atr ice s   f o r   b etter   ef f icie n c y   an d   ar ea   r ed u ctio n .   Fig u r 7   illu s tr ates  t h tr a n s f o r m a tio n   f r o m   a n   u n s tr u ct u r ed   w ei g h m atr ix   w it h   1 8   p ar am eter s   to     b lo ck - cir cu lan w eig h m atr i x   w it h   o n l y   6   p ar a m eter s   in   n e u r al  n et w o r k .   I n   t h b lo ck - cir cu lan m a tr ix ,   r o w s   ar g en er ated   b y   c y c licall y   s h if ti n g   th ele m e n ts   o f   t h f ir s t   r o w ,   s i g n i f ica n tl y   r ed u ci n g   t h n u m b er   o f   s to r ed   p ar am eter s .           Fig u r 7 .   B lo ck - cir cu la n w ei g h t te ch n iq u [3 7 ]       B y   u tili s i n g   t h MO R R   d ev ic e,   w ca n   co m p r es s   v ec to r   d o t - p r o d u ct  o p er atio n   in to   s in g le  m icr o - r in g .   Sp ec if ical l y ,   ×   m a tr ix   in   o u r   m o d el  co n ta in s   ×   s u b - m a tr ices  o f   b lo c k   o f   s ize  ×   (   -   t h e   n u m b er   o f   o p er an d s   in   th r in g   r eso n ato r ) .   E ac h   s u b - m a tr ix   o f   s ize  ×   is   u s ed   in   th f o r m   o f   cir cu lan t   m atr i x .   T h is   m ea n s   th a t h s u b - m atr i x   h as  s p ec ial  s tr u ct u r in   w h ic h   ea ch   r o w   ( o r   co lu m n )   i s   c y clic  s h i f t   o f   th e   f ir s r o w   ( o r   co lu m n ) .   T h is   cir cu la n s tr u ct u r allo w s   f o r   r ed u cin g   t h n u m b er   o f   weig h ts   r e q u ir ed   a n d   m ak in g   m a tr ix   m u l tip licatio n   m o r e f f icien t.  F u r t h er ,   th cir cu lan m atr i x   s tr u ct u r allo ws  f o r   ar ea   r ed u ctio n   in   d ev ice   an d   w a v ele n g th   u s a g e.   A s   a   r esu lt,  it  lead s   to   ( 2 )   tim es  ar ea   r ed u c tio n   a n d     ti m es   w a v ele n g t h   u s a g s a v i n g s .   I n   co m p ar is o n ,   o th er   P NNs,  s u ch   as  t h o n d esi g n ed   a n d   f ab r icate d   b y   S h e n   et  a l.   [ 2 9 ] ,   r eq u ir O ( 2 )   MZ I s   f o r   i m p lem en tatio n .   B esid es  th i s ,   w a v elen g t h   s av in g s   m ak o p tical  s y s te m s   m o r e   ef f icien i n   ter m s   o f   co s t,  e n er g y ,   a n d   p er f o r m a n ce   w h ile   r ed u cin g   co m p le x it y   a n d   o p ti m izi n g   p r o ce s s i n g   ca p ab ilit ies.       4.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   s tu d y ,   w i n tr o d u ce d   n o v el  p h o to n ic  co n v o lu tio n al  n eu r al  n et w o r k   ( P C N N)   b ased   o n   m u lti - o p er an d   4 × 4   MM I   m icr o - r i n g   r eso n ato r s ,   d em o n s tr ati n g   its   ef f ec t iv e n es s   in   d ee p   lear n in g   tas k s   li k i m a g e   r ec o g n itio n .   Ou r   m o d el  ac h ie v ed   h ig h   ac cu r ac y ,   lo w   s i g n al  lo s s ,   r ap id   lig h t - b ased   co m p u tat io n ,   s h o w i n g   g r ea p o ten tial  co m p ar ed   to   tr ad itio n al  d ig ita C N ar ch itec tu r es.  T h e   f le x ib ilit y   o f   th is   m o d el  allo w s   it   to   b ad ap ted   to   v ar io u s   C NN  s tr u c tu r es,  in c lu d i n g   Alex Ne t,  R es Net,   an d   VGG1 6 ,   o f f er in g   p r o m is i n g   r esu l ts   f o r   f u tu r A I   an d   d ee p   lear n in g   ad v an ce m e n ts .   T h is   s tu d y   s h o w s   t h at  P NN  ca n   s ig n i f ica n tl y   i m p r o v s p ee d   an d   ef f ic ien c y   i n   lar g e - s ca le  d ata   p r o ce s s in g   an d   a u to n o m o u s   s y s te m s .   F u t u r r esear ch   s h o u ld   f o c u s   o n   in teg r ati n g   t h is   m o d el  in to   m o r e   co m p le x   ar c h itect u r es  a n d   test i n g   its   r ea l - ti m p er f o r m an ce .   Ov er co m in g   c h alle n g es  i n   lar g e - s ca le   i m p le m en ta tio n   a n d   ad ap tin g   it  t o   v ar io u s   e n v ir o n m en ts   w il f u r t h er   en h an ce   i ts   i m p ac t.  T h ese  f in d i n g s   s u g g e s th at  P NN  co u ld   p lay   k e y   r o le  in   th f u t u r o f   A I ,   o f f er in g   f aster   an d   m o r ef f icien s o lu tio n s   f o r   p r ac tical  ap p licatio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       B u ild in g   a   p h o to n ic  n e u r a l n et w o r b a s ed   o n   mu lti - o p era n d   mu ltimo d in terf eren ce     ( Th a n h   Tien   Do )   317   F UNDIN G   I NF O RM AT I O N   T h au th o r s   th a n k   th M in i s t r y   o f   Scie n ce   an d   T ec h n o lo g y   o f   Viet n a m   f o r   f u n d in g   t h i s   r esear ch   u n d er   p r o j ec t n u m b er   ĐT ĐL . C N - 9 2 /2 1 .       AUTHO CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT   T h is   w o r k   f o llo w s   th C o n tr i b u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R e d iT) .   T h s p ec if ic  co n tr ib u tio n s   o f   ea ch   au th o r   ar d etailed   b elo w :     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   T h an h   T ien   Do                               T r u n g   T h an h   L e                               Hai  Yen   P h a m                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y si s   I     I n v e st i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i si o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT     Au t h o r s   s tate  n o   co n f lic t o f   i n t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h au th o r s   co n f ir m   t h at  all  d ata  s u p p o r tin g   t h f in d i n g s   o f   th is   s tu d y   ar av ailab le  w it h i n   th ar ticle  an d   its   s u p p le m e n tar y   m ater ia ls       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   A .   K .   Jai n ,   J.   M a o ,   a n d   K .   M .   M o h i u d d i n ,   A r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k s:   A   t u t o r i a l ,   C o m p u t e r ,   v o l .   2 9 ,   n o .   3 ,   p p .   3 1 4 4 ,   M a r .   1 9 9 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / 2 . 4 8 5 8 9 1 .   [ 2 ]   N .   S h a b a i r o u ,   E.   C o h e n ,   O .   W a g n e r ,   D .   M a l k a ,   a n d   Z .   Z a l e v sk y ,   C o l o r   i mag e   i d e n t i f i c a t i o n   a n d   r e c o n s t r u c t i o n   u s i n g   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k o n   mu l t i mo d e   f i b e r   i mag e s:   t o w a r d a n   a l l - o p t i c a l   d e si g n ,   O p t i c L e t t e rs ,   v o l .   4 3 ,   n o .   2 2 ,   p p .   5 6 0 3 5 6 0 6 ,   N o v .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / o l . 4 3 . 0 0 5 6 0 3 .   [ 3 ]   A .   V o u l o d i mo s,  N .   D o u l a mi s ,   A .   D o u l a mi s,   a n d   E .   P r o t o p a p a d a k i s,   D e e p   L e a r n i n g   f o r   C o mp u t e r   V i s i o n :   A   B r i e f   R e v i e w ,   C o m p u t a t i o n a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   N e u r o sc i e n c e ,   p p .   1 1 3 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 1 8 / 7 0 6 8 3 4 9 .   [ 4 ]   M .   N a y l o r   a n d   C .   R u n c i m a n ,   T h e   R e d u c e r o n :   W i d e n i n g   t h e   v o n   N e u ma n n   b o t t l e n e c k   f o r   g r a p h   r e d u c t i o n   u s i n g   a n   F P G A ,   i n   L e c t u re  N o t e i n   C o m p u t e S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   s u b ser i e L e c t u r e   N o t e i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u re  N o t e i n   Bi o i n f o rm a t i c s) ,   v o l .   5 0 8 3 ,   p p .   1 2 9 1 4 6 ,   2 0 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 54 0 - 8 5 3 7 3 - 2 _ 8 .   [ 5 ]   D .   A .   B .   M i l l e r ,   A t t o j o u l e   O p t o e l e c t r o n i c f o r   L o w - En e r g y   I n f o r mat i o n   P r o c e ssi n g   a n d   C o mm u n i c a t i o n s,”   J o u rn a l   o f   L i g h t w a v e   T e c h n o l o g y ,   v o l .   3 5 ,   n o .   3 ,   p p .   3 4 6 3 9 6 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JL T . 2 0 1 7 . 2 6 4 7 7 7 9 .   [ 6 ]   T .   N .   T h e i s   a n d   H .   S .   P .   W o n g ,   T h e   E n d   o f   M o o r e L a w :   A   N e w   B e g i n n i n g   f o r   I n f o r mat i o n   T e c h n o l o g y ,   C o m p u t i n g   i n   S c i e n c e   a n d   E n g i n e e ri n g ,   v o l .   1 9 ,   n o .   2 ,   p p .   4 1 5 0 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / M C S E. 2 0 1 7 . 2 9 .   [ 7 ]   H .   M a r k r a e t   a l . ,   R e c o n st r u c t i o n   a n d   S i mu l a t i o n   o f   N e o c o r t i c a l   M i c r o c i r c u i t r y ,   C e l l ,   v o l .   1 6 3 ,   n o .   2 ,   p p .   4 5 6 4 9 2 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c e l l . 2 0 1 5 . 0 9 . 0 2 9 .   [ 8 ]   J.  C o n g   a n d   B .   X i a o ,   M i n i mi z i n g   c o mp u t a t i o n   i n   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k s,”   L e c t u re  N o t e s i n   C o m p u t e S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   su b s e ri e L e c t u re  N o t e s   i n   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u re  N o t e i n   Bi o i n f o rm a t i c s) ,   v o l .   8 6 8 1   L N C S ,   p p .   2 8 1 2 9 0 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 1 1 1 7 9 - 7 _ 3 6 .   [ 9 ]   M .   N a z i r z a d e h ,   M .   S h a ms a b a r d e h ,   a n d   S .   J.   B .   Y o o ,   En e r g y - Ef f i c i e n t   a n d   H i g h - T h r o u g h p u t   N a n o p h o t o n i c   N e u r o mo r p h i c   C o mp u t i n g ,   i n   C o n f e re n c e   o n   L a s e rs   a n d   E l e c t r o - O p t i c s ,   W a sh i n g t o n ,   D . C . :   O S A ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / C L EO _ A T . 2 0 1 8 . A T h 3 Q . 2 .   [ 1 0 ]   Y .   F e i   e t   a l . ,   D e si g n   o f   t h e   l o w - l o ss  w a v e g u i d e   c o i l   f o r   i n t e r f e r o me t r i c   i n t e g r a t e d   o p t i c   g y r o sco p e s,”   J o u r n a l   o f   S e m i c o n d u c t o rs v o l .   3 8 ,   n o .   4 ,   p .   0 4 4 0 0 9 ,   A p r .   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 1 6 7 4 - 4 9 2 6 / 3 8 / 4 / 0 4 4 0 0 9 .   [ 1 1 ]   R .   S l a v í k ,   Y .   P a r k ,   M .   K u l i sh o v ,   R .   M o r a n d o t t i ,   a n d   J.   A z a ñ a ,   U l t r a f a st   a l l - o p t i c a l   d i f f e r e n t i a t o r s,   O p t i c s   E x p ress ,   v o l .   1 4 ,   n o .   2 2 ,   p p .   1 0 6 9 9 1 0 7 0 7 ,   2 0 0 6 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / o e . 1 4 . 0 1 0 6 9 9 .   [ 1 2 ]   J.  H u a n g ,   C .   L i ,   R .   L u ,   L .   L i ,   a n d   Z .   C a o ,   B e y o n d   t h e   1 0 0   G b a u d   d i r e c t l y   mo d u l a t e d   l a se r   f o r   sh o r t   r e a c h   a p p l i c a t i o n s,   J o u r n a l   o f   S e m i c o n d u c t o rs ,   v o l .   4 2 ,   n o .   4 ,   p .   0 4 1 3 0 6 ,   A p r .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 1 6 7 4 - 4 9 2 6 / 4 2 / 4 / 0 4 1 3 0 6 .   [ 1 3 ]   J.  C h a n g ,   V .   S i t z ma n n ,   X .   D u n ,   W .   H e i d r i c h ,   a n d   G .   W e t z st e i n ,   H y b r i d   o p t i c a l - e l e c t r o n i c   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k w i t h   o p t i m i z e d   d i f f r a c t i v e   o p t i c f o r   i mag e   c l a ssi f i c a t i o n ,   S c i e n t i f i c   Re p o r t s ,   v o l .   8 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 0 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 5 9 8 - 018 - 3 0 6 1 9 - y.   [ 1 4 ]   M .   M i sc u g l i o   e t   a l . ,   M a ssi v e l y   p a r a l l e l   a mp l i t u d e - o n l y   F o u r i e r   n e u r a l   n e t w o r k ,   O p t i c a ,   v o l .   7 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 8 1 2 1 8 1 9 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / o p t i c a . 4 0 8 6 5 9 .   [ 1 5 ]   Z .   H u   e t   a l . ,   H i g h - T h r o u g h p u t   M u l t i c h a n n e l   P a r a l l e l i z e d   D i f f r a c t i o n   C o n v o l u t i o n a l   N e u r a l   N e t w o r k   A c c e l e r a t o r ,   L a se r   a n d   Ph o t o n i c s   Re v i e w s ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 9 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / l p o r . 2 0 2 2 0 0 2 1 3 .   [ 1 6 ]   W .   S h i   e t   a l . ,   L O EN :   L e n sl e ss o p t o - e l e c t r o n i c   n e u r a l   n e t w o r k   e mp o w e r e d   mac h i n e   v i si o n ,   L i g h t :   S c i e n c e   a n d   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   311 - 3 1 9   318   1 1 ,   n o .   1 ,   p .   1 2 1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 3 7 7 - 0 2 2 - 0 0 8 0 9 - 5.   [ 1 7 ]   H .   H .   Z h u   e t   a l . ,   S p a c e - e f f i c i e n t   o p t i c a l   c o mp u t i n g   w i t h   a n   i n t e g r a t e d   c h i p   d i f f r a c t i v e   n e u r a l   n e t w o r k ,   N a t u r e   C o m m u n i c a t i o n s v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p .   1 0 4 4 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 4 6 7 - 022 - 2 8 7 0 2 - 0.   [ 1 8 ]   X .   X u ,   L .   Z h u ,   W .   Z h u a n g ,   L .   L u ,   a n d   P .   Y u a n ,   A   C o n v o l u t i o n   N e u r a l   N e t w o r k   I mp l e m e n t e d   b y   T h r e e   3 × 3   P h o t o n i c   I n t e g r a t e d   R e c o n f i g u r a b l e   L i n e a r   P r o c e sso r s,”   P h o t o n i c s ,   v o l .   9 ,   n o .   2 ,   p .   8 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / p h o t o n i c s9 0 2 0 0 8 0 .   [ 1 9 ]   S .   X u   e t   a l . ,   O p t i c a l   c o h e r e n t   d o t - p r o d u c t   c h i p   f o r   so p h i s t i c a t e d   d e e p   l e a r n i n g   r e g r e ssi o n ,   L i g h t :   S c i e n c e   a n d   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 ,   p .   2 2 1 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 3 7 7 - 0 2 1 - 0 0 6 6 6 - 8.   [ 2 0 ]   C .   F e n g   e t   a l . ,   A   C o mp a c t   B u t t e r f l y - S t y l e   S i l i c o n   P h o t o n i c - El e c t r o n i c   N e u r a l   C h i p   f o r   H a r d w a r e - Ef f i c i e n t   D e e p   L e a r n i n g ,   A C S   Ph o t o n i c s ,   v o l .   9 ,   n o .   1 2 ,   p p .   3 9 0 6 3 9 1 6 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 2 1 / a c sp h o t o n i c s . 2 c 0 1 1 8 8 .   [ 2 1 ]   X .   M e n g   e t   a l . ,   C o mp a c t   o p t i c a l   c o n v o l u t i o n   p r o c e ssi n g   u n i t   b a se d   o n   mu l t i mo d e   i n t e r f e r e n c e ,   N a t u re   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 ,   p .   3 0 0 0 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 4 6 7 - 0 2 3 - 3 8 7 8 6 - x.   [ 2 2 ]   V .   B a n g a r i   e t   a l . ,   D i g i t a l   El e c t r o n i c a n d   A n a l o g   P h o t o n i c f o r   C o n v o l u t i o n a l   N e u r a l   N e t w o r k ( D EA P - C N N s ) ,   I EEE  J o u r n a l   o f   S e l e c t e d   T o p i c i n   Q u a n t u m   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   2 6 ,   n o .   1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS T Q E. 2 0 1 9 . 2 9 4 5 5 4 0 .   [ 2 3 ]   S .   X u ,   J.  W a n g ,   S .   Y i ,   a n d   W .   Z o u ,   H i g h - o r d e r   t e n so r   f l o w   p r o c e ssi n g   u s i n g   i n t e g r a t e d   p h o t o n i c   c i r c u i t s ,   N a t u re   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   p .   7 9 7 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 4 6 7 - 0 2 2 - 3 5 7 2 3 - 2.   [ 2 4 ]   J.  F e l d man n   e t   a l . ,   P a r a l l e l   c o n v o l u t i o n a l   p r o c e ssi n g   u s i n g   a n   i n t e g r a t e d   p h o t o n i c   t e n so r   c o r e ,   N a t u r e ,   v o l .   5 8 9 ,   n o .   7 8 4 0 ,   p p .   52 5 8 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s4 1 5 8 6 - 0 2 0 - 0 3 0 7 0 - 1.   [ 2 5 ]   S .   X u ,   J.  W a n g ,   R .   W a n g ,   J.  C h e n ,   a n d   W .   Z o u ,   H i g h - a c c u r a c y   o p t i c a l   c o n v o l u t i o n   u n i t   a r c h i t e c t u r e   f o r   c o n v o l u t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k b y   c a sca d e d   a c o u st o - o p t i c a l   mo d u l a t o r   a r r a y s,”   O p t i c s   Ex p r e ss ,   v o l .   2 7 ,   n o .   1 4 ,   p p .   1 9 7 7 8 1 9 7 8 7 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / o e . 2 7 . 0 1 9 7 7 8 .   [ 2 6 ]   F .   A sh t i a n i ,   A .   J.   G e e r s,  a n d   F .   A f l a t o u n i ,   A n   o n - c h i p   p h o t o n i c   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k   f o r   i ma g e   c l a ss i f i c a t i o n ,   N a t u re ,   v o l .   6 0 6 ,   n o .   7 9 1 4 ,   p p .   5 0 1 5 0 6 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 8 6 - 0 2 2 - 0 4 7 1 4 - 0.   [ 2 7 ]   M .   R e c k ,   A .   Z e i l i n g e r ,   H .   J.  B e r n st e i n ,   a n d   P .   B e r t a n i ,   Ex p e r i me n t a l   R e a l i z a t i o n   o f   A n y   D i scre t e   U n i t a r y   O p e r a t o r ,   P h y si c a l   Re v i e w   L e t t e rs ,   v o l .   7 3 ,   n o .   2 0 ,   p p .   5 8 6 1 ,   1 9 9 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 3 / P h y sR e v L e t t . 7 3 . 5 8 .   [ 2 8 ]   A .   R i b e i r o ,   A .   R u o c c o ,   L .   V a n a c k e r ,   a n d   W .   B o g a e r t s,  D e mo n st r a t i o n   o f   a   4   ×   4 - p o r t   u n i v e r sal   l i n e a r   c i r c u i t ,   O p t i c a ,   v o l .   3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 3 4 8 1 3 5 7 ,   D e c .   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 3 6 4 / O P TI C A . 3 . 0 0 1 3 4 8 .   [ 2 9 ]   Y .   S h e n ,   N .   C .   H a r r i s,  D .   E n g l u n d ,   a n d   M .   S o l j a c i c ,   D e e p   l e a r n i n g   w i t h   c o h e r e n t   n a n o p h o t o n i c   c i r c u i t s,   N a t u re  p h o t o n i c s ,   p p .   4 4 1 4 4 6 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / E 3 S . 2 0 1 7 . 8 2 4 6 1 9 0 .   [ 3 0 ]   Z .   Z h a o   e t   a l . ,   H a r d w a r e - so f t w a r e   C o - d e si g n   o f   sl i mm e d   o p t i c a l   n e u r a l   n e t w o r k s,”   i n   Pr o c e e d i n g o f   t h e   A si a   a n d   S o u t h   P a c i f i c   D e si g n   A u t o m a t i o n   C o n f e re n c e ,   AS P - D AC ,   N e w   Y o r k ,   N Y ,   U S A :   A C M ,   J a n .   2 0 1 9 ,   p p .   7 0 5 710 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 2 8 7 6 2 4 . 3 2 8 7 7 2 0 .   [ 3 1 ]   J.  G u ,   Z .   Z h a o ,   C .   F e n g ,   M .   L i u ,   R .   T .   C h e n ,   a n d   D .   Z .   P a n ,   T o w a r d A r e a - Ef f i c i e n t   O p t i c a l   N e u r a l   N e t w o r k s:   A n   F F T - b a se d   A r c h i t e c t u r e ,   i n   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   Asi a   a n d   S o u t h   P a c i f i c   D e si g n   A u t o m a t i o n   C o n f e re n c e ,   A S P - D AC ,   2 0 2 0 ,   p p .   4 7 6 4 8 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A S P - D A C 4 7 7 5 6 . 2 0 2 0 . 9 0 4 5 1 5 6 .   [ 3 2 ]   A .   B a l d o mi n o s,  Y .   S a e z ,   a n d   P .   I sasi ,   A   su r v e y   o f   h a n d w r i t t e n   c h a r a c t e r   r e c o g n i t i o n   w i t h   M N I S T   a n d   E M N I S T ,   Ap p l i e d   S c i e n c e s ,   v o l .   9 ,   n o .   1 5 ,   p .   3 1 6 9 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a p p 9 1 5 3 1 6 9 .   [ 3 3 ]   A .   El   S a w y ,   H .   El - B a k r y ,   a n d   M .   L o e y ,   C N N   f o r   h a n d w r i t t e n   a r a b i c   d i g i t s   r e c o g n i t i o n   b a se d   o n   L e N e t - 5 ,   i n   A d v a n c e s   i n   I n t e l l i g e n t   S y s t e m s   a n d   C o m p u t i n g ,   2 0 1 7 ,   p p .   5 6 5 5 7 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 4 8 3 0 8 - 5 _ 5 4 .   [ 3 4 ]   S .   N a mas u d r a ,   R .   C h a k r a b o r t y ,   S .   K a d r y ,   G .   M a n o g a r a n ,   a n d   B .   S .   R a w a l ,   F A S T :   F a st   A c c e ssi n g   S c h e me   f o r   d a t a   T r a n smiss i o n   i n   c l o u d   c o mp u t i n g ,   Pe e r - to - Pe e r   N e t w o r k i n g   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   1 4 ,   n o .   4 ,   p p .   2 4 3 0 2 4 4 2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 2 0 8 3 - 020 - 0 0 9 5 9 - 6.   [ 3 5 ]   T. - T .   L e   a n d   D . - T .   L e ,   H i g h   F S R   a n d   C r i t i c a l   C o u p l i n g   C o n t r o l   o f   M i c r o r i n g   R e so n a t o r   B a se d   o n   G r a p h e n e - S i l i c o n   M u l t i mo d e   W a v e g u i d e s,”   W a v e g u i d e   T e c h n o l o g i e i n   P h o t o n i c a n d   Mi c r o w a v e   E n g i n e e ri n g   [ W o rk i n g   T i t l e ] ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 5 7 7 2 / i n t e c h o p e n . 9 2 2 1 0 .   [ 3 6 ]   P .   R .   P r u c n a l   a n d   B h a v i n   J .   S h a st r i ,   N e u ro m o r p h i c   p h o t o n i c s ,   C R C   P r e ss,  2 0 1 7 .   d o i :   1 0 . 1 2 0 1 / 9 7 8 1 3 1 5 3 7 3 2 3 4 .   [ 3 7 ]   C .   D i n g   e t   a l . ,   C I R C N N :   A c c e l e r a t i n g   a n d   c o m p r e ssi n g   d e e p   n e u r a l   n e t w o r k u si n g   b l o c k - c i r c u l a n t   w e i g h t   m a t r i c e s,”   i n   Pro c e e d i n g s   o f   t h e   A n n u a l   I n t e rn a t i o n a l   S y m p o s i u m   o n   Mi c ro a rc h i t e c t u re,   MICR O ,   2 0 1 7 ,   p p .   3 9 5 4 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 1 2 3 9 3 9 . 3 1 2 4 5 5 2 .   [ 3 8 ]   R .   C h a u h a n ,   K .   K .   G h a n s h a l a ,   a n d   R .   C .   Jo sh i ,   C o n v o l u t i o n a l   N e u r a l   N e t w o r k   ( C N N )   f o r   I mag e   D e t e c t i o n   a n d   R e c o g n i t i o n ,   D e c .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C S C C C . 2 0 1 8 . 8 7 0 3 3 1 6 .   [ 3 9 ]   K .   A u l i a sari ,   M .   W a se f ,   a n d   M .   K e r t a n i n g t y a s,  L e v e r a g i n g   V G G 1 6   f o r   f i sh   c l a ss i f i c a t i o n   i n   a   l a r g e - sca l e   d a t a se t ,   Br i l l i a n c e v o l .   3 ,   n o .   2 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 4 7 7 0 9 / b r i l l i a n c e . v 3 i 2 . 3 2 7 0     [ 4 0 ]   A .   S a i n i ,   K .   G u l e r i a ,   a n d   S .   S h a r ma,   A   d e e p   l e a r n i n g - b a se d   f i n e - t u n e d   R e sN e t 5 0   mo d e l   f o r   so y b e a n   se e d mu l t i c l a ss   c l a ssi f i c a t i o n ,   i n   Pr o c e e d i n g s o f   t h e   I EEE  G l o b a l   C o n f e re n c e   o n   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g i e a n d   C o m m u n i c a t i o n   ( G C I T C ) ,   p p .   1 6 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / g c i t c 6 0 4 0 6 . 2 0 2 3 . 1 0 4 2 6 0 7 9 .   [ 4 1 ]   K .   B a n a sz e w sk a   a n d   M .   P l e c h a w sk a - W ó j c i k ,   C o mp a r a t i v e   a n a l y si o f   C N N   mo d e l f o r   h a n d w r i t t e n   d i g i t   r e c o g n i t i o n ,   J o u r n a l   o f   C o m p u t e S c i e n c e s In s t i t u t e ,   v o l .   3 2 ,   p p .   1 7 9 1 8 5 ,   2 0 2 4 .   [ 4 2 ]   F .   P .   S u n n y ,   E.   T a h e r i ,   M .   N i k d a s t ,   a n d   S .   P a sr i c h a ,   A   S u r v e y   o n   S i l i c o n   P h o t o n i c f o r   D e e p   L e a r n i n g ,   AC M   J o u r n a l   o n   Em e rg i n g   T e c h n o l o g i e i n   C o m p u t i n g   S y s t e m s ,   v o l .   1 7 ,   n o .   4 ,   p p .   1 5 7 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 4 5 9 0 0 9 .   [ 4 3 ]   L .   D e   M a r i n i s ,   M .   C o c o c c i o n i ,   P .   C a st o l d i ,   a n d   N .   A n d r i o l l i ,   P h o t o n i c   N e u r a l   N e t w o r k s:   A   S u r v e y ,   I EEE   A c c e ss ,   v o l .   7 ,   p p .   1 7 5 8 2 7 1 7 5 8 4 1 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 9 . 2 9 5 7 2 4 5 .                           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       B u ild in g   a   p h o to n ic  n e u r a l n et w o r b a s ed   o n   mu lti - o p era n d   mu ltimo d in terf eren ce     ( Th a n h   Tien   Do )   319   B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS         Th a n h   Tie n   Do           h a b e e n   a wa r d e d   th e   M . A .   d e g re e   f ro m   S w in b u rn e   Un iv e rsity   o f   T e c h n o lo g y ,   A u stra li a ,   sin c e   2 0 1 8 .   He   is  c u rre n tl y   w o rk in g   to w a rd   a   P h . D .   d e g re e   a th e   In tern a ti o n a S c h o o l V ietn a m   Na ti o n a Un iv e rsity   Ha n o i.   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   IT   a rc h it e c tu re s,  e - g o v e rn m e n m o d e ls,  m a c h in e   lea rn in g   a n d   o p ti c a l   c o m m u n ica ti o n .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il th a n h d o @v n u is.ed u . v n .         H a Ye n   Ph a m           re c e iv e d   th e   M . A .   d e g re e   f ro m   th e   M il it a ry   T e c h n o lo g y   A c a d e m y ,   V ietn a m ,   in   2 0 0 9 .   S h e   is  c u rre n tl y   w o rk in g   to w a rd   a   P h . D .   d e g re e   a th e   In tern a ti o n a S c h o o   V iet n a m   Na ti o n a Un iv e rsit y   Ha n o i.   He re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   m a c h in e   lea rn in g   a n d   o p ti c a c o m m u n ica ti o n .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il y e n p h @v n u . e d u . v n .         Tr u n g   Th a n h   Le           is  a   p r o f e ss o a n d   I n tern a ti o n a S c h o o l - V NU   p r in c ip a l .   He   re c e iv e d   a   P h . D .   d e g re e   in   e lec tri c a e n g in e e rin g   f ro m   L a   T ro b e ,   Au stra li a ,   in   2 0 0 9 .   W it h   o v e r   1 0 0   re f e re e d   p u b li c a ti o n s,  h e   m a d e   se m in a c o n tri b u ti o n to   p h o t o n ic  in teg ra ted   c ircu it a n d   q u a n t u m   o p ti c s in c lu d in g   las e a n d   f ib e r - o p ti c a c o m m u n ica ti o n   sy ste m s,  a ll - o p ti c a c o m p u ti n g   a n d   o p ti c a i n terc o n n e c ts,  se n so rs   a n d   w irele ss   se n so n e tw o rk s,  a n d   in teg ra ted   c ircu it   sy ste m s.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a e m a il th a n h . le@ v n u . e d u . v n .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.