Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
привлекли внимание к тому факту, что в настоящее время возрастает число и
объем задач, требующих символьных вычислений. Например, обработка слов
включает
366
Часть IV. Символьные вычисления и искусственный интеллект
поиск и преобразование символов. Фактически многие программные средства,
применяемые в компьютерах, такие как редакторы, компиляторы и отладчики,
широко используют символьную обработку. Приключенческие игры, такие как
"Подземелье" или "Драконы", также используют символьную обработку.
На основе символьных вычислений появляются новые методы решения задач,
выходящие за рамки цифровых и статистических подходов, поскольку
качественная информация или априорные знания могут быть представлены в
доступной для обработки форме, а именно в виде баз данных или процедур. В
частности, важной особенностью метода оптических межэлементных
соединений, представленного в данной главе, является способность
реализовывать несколько интерфейсов между символьными и цифровыми
вычислениями.
11.2.2. Необходимость вычислений в реальном времени
Потребность решать практические задачи в реальном времени, подобно
человеку (например, в робототехнике, речевых системах, системах
технического зрения, системах управления автономных транспортных
средств), наталкивается на необходимость выполнения огромных объемов
символьных и цифровых вычислений. Это обусловлено большими объемами
необходимой априорной информации и высокими скоростями поступления данных
от датчиков. В будущем символьные машины, несомненно, станут более
распространенными, это произойдет тогда, когда они будут способны
выполнять более широкий круг задач, чем в настоящее время. В свою очередь
технология создания роботов, например, будет развиваться более быстро,
если логические дедуктивные методы и обработку данных от датчиков можно
будет выполнять в реальном времени с приемлемой ценой.
Увеличение скорости вычислений позволит выполнять в реальном времени
многие операции, ранее выполнявшиеся автономно. Возьмем пример из
геофизики, где корабль или экипаж непрерывно собирает данные по
нефтеразведке. Зачастую конкретные выводы по полученным данным удается
сделать со значительным опозданием, когда экипаж уже находится в сотнях
миль в стороне. Возвращение команды на ранее разведанное место для
повторных измерений обычно не допустимо (слишком высокая цена).
Следовательно, приходится затрачивать усилия на попытки исправить
искаженные данные. Ясно, что способность вести обработку в реальном
времени позволила бы провести повторные измерения или даже изменить
стратегию сбора данных в результате наблюдения за уже обработанными
данными.
Глава 11. Оптические соединения для обработки в реальном времени 367
Цифровые вычисления для автоматизированного проектирования, изготовления
и тестирования изделий часто представляют наиболее слабые места в
производственном цикле. В этих случаях цель состоит в обеспечении
производительности, позволяющей пользователю работать в реальном времени.
Для таких вычислений могут быть рассмотрены режимы псевдореального
времени.
11.2.3. Необходимость параллельной обработки
Необходимость выполнения вычислений в реальном времени (или увеличения
скорости вычислений), а также все большее распространение компьютеров
требуют увеличения скоростей вычислений, а соответственно и наращивания
вычислительных мощностей. Существующие сегодня подходы к разработке
компьютеров выходят на уровень насыщения. Технология полупроводниковых
устройств достигла той точки, где становится все труднее достичь
улучшения характеристик путем уменьшения размеров компонент и,
следовательно, с помощью однопроцессорных систем [1, 2]. Разрабатываемые
новые технологии для традиционных подходов, таких как GaAs-приборы,
обеспечат расширение возможностей в течение лишь нескольких ближайших
лет; ожидается, что они обеспечат улучшение характеристик приблизительно
в пять раз. (Устройства на GaAs также исследуются в целях создания матриц
параллельной обработки на основе оптических бистабильных элементов.)
Операции с векторами, конвейерная обработка специальных функций, работа с
совмещением операций и выполнение векторных команд могут достичь
значительного выигрыша в характеристиках, но они уже сегодня используются
в полной мере и едва ли дадут в будущем существенное улучшение
характеристик.
Для удовлетворения возрастающих требований к символьным и цифровым
вычислениям наиболее перспективным подходом является широкое
использование параллелизма при обработке. Параллелизм уменьшает время,
затрачиваемое на вычисления. Однако если задача связана с использованием
устройства ввода-вывода, то более быстрые вычисления не дадут
преимуществ. Чтобы воспользоваться преимуществами параллельной обработки,
требуется увеличение ширины полосы частот устройств ввода-вывода за счет
увеличения или числа каналов, или их быстродействия.
Параллелизм обработки также позволяет проводить более обширные вычисления
