Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
жесткие ограничения на архитектуру переключающей сети, которая, кроме
того, усложняется необходимостью обеспечения интенсивных переключений
подобно тому, как это было обнаружено для задач ИИ. Спектр оптических
сетей, обладающих намного большей гибкостью, здесь не будет
рассматриваться; однако заинтересованному читателю следует обратиться к
работе [29].
10.4.4. Чисто оптические архитектуры
По мере перемещения в правый нижний угол классификационной схемы на рис.
10.34 доля оптических элементов увеличивается до тех пор, пока не
получается чисто оптическая архитектура. Пример оптического компьютера с
разбиением на мелкие структурные элементы и сильной связью между
элементами показан на рис. 10.36. Хотя никто еще не построил подобный
компьютер, технически возможно создать систему, состоящую из 1 миллиона
параллельных каналов. Это отнюдь не означает, что система включала бы
конфигурацию обязательно из 1 миллиона узлов, так как такая конфигурация
не подразумевает, что планарная матрица логических элементов,
обозначенная как матрица вентилей, имела бы именно один логический
элемент на канал. Вместо этого несколько логических элементов следовало
бы соединить посредством среды межэлементных соединений, что позволило бы
образовать элемент процессора. Например, квадратная матрица пХп
логических элементов (вентилей) может содержать блок арифметической
логики, несколько регистров и, возможно, несколько устройств кэш-памяти
(быстродействующей буферной памяти большой емкости). Пример структуры
указанного типа представлен на рис. 10.37, где для отдельных элементов
двумерного ПМС были обозначены основные функции, присущие элементам
вычислительной обработки. Принимая п равным 5 (25 логических элементов на
процессор), в итоге получаем, что в машине должно быть 40 000 узлов, что
составляет достаточно большую величину, чтобы такое устройство имело
смысл использовать в качестве символьного оптического компьютера,
реализующего символьные вычисления.
Ввод сигнала в оптический компьютер можно было бы осуществлять
посредством матрицы лазерных диодов, адресуемых независимо друг от друга,
или двумерных ПМС. Матрица диодов обладала бы намного большими скоростями
модуля-
Г лава 10. Оптика и символьные вычисления
347
матрица
фотодетекторов памяти прямого доступа
Матрица затворов пб
Матричное устройство памяти с произвольной выборкой
Переключающая матрица (на основе среды с нелинейным 4-волновым "смешением
частот)
Адресуемая матрица
Адресуемая исходная матрица' f (10(r) параллельных каналов)
(10(r) параллельных каналов)
Рис. 10.36. Чисто оптическая мультипроцессорная архитектура.
I
348
Часть IV. Символьные вычисления и искусственный интеллект
ции, чем ПМС, но требовала бы намного более сложной схемы, особенно если
условия работы требуют однородности излучения по всей матрице. Если
входной сигнал уже имеет вид двумерного изображения, которое могло бы
выводиться из процессора технического зрения, то использование входного
устройства не является обязательным, а целесообразность его использования
зависит от степени совместимости двух процессоров.
Матрица логических элементов могла бы представлять собой двумерный ПМС,
обладающий нелинейной характеристикой, или матрицу оптических
бистабильных переключателей. Последнее устройство в конечном счете
позволило бы получить намного большие скорости переключения, однако
существующие виды оптических бистабильных переключателей потребовали бы
слишком высоких уровней мощности.
В настоящее время разрабатываются более совершенные нелинейные материалы,
позволяющие создать более пригодные на практике оптические бистабильные
устройства. Элементы соединений, вероятно, будут использовать эффект
смещения частот в нелинейных оптических средах и будут аналогичны по сути
устройствам, описанным ранее для гибридных архитектур. Однако из-за
намного большего числа каналов, с которыми необходимо работать,
переключения должны выполняться многоступенчатым образом, когда ряд
параллельных плоских голографических матриц, работающих в реальном
времени, выполнял бы процедуры аналогично тому, как это показано на рис.
10.38. Заметим, что для простоты все три основные функции межэлементных
соединений процессор - процессор, процессор- память, процессор -
устройство ввода/вывода объединены в один блок, но они могли бы быть
реализованы тремя независимыми устройствами.
С точки зрения технологии главную трудность представляло бы создание
детектора. В большинстве случаев предпочтение было бы отдано устройству с
1 миллионом каналов, где каждый канал работает на частоте 1 МГц
(проектируемое быстродей-
Рис, 10.38. Многоступенчатая оптическая сеть межэлементных соединений,
Глава 10. Оптика и символьные вычисления
349
ствие для двумерных ПМС). Однако для наиболее практичных конструкций
процессоров потребности были бы намного ниже. Если бы проблемная область
требовала, скажем, выполнения 100 итераций или более (например,
