Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
8X8 составлена из двенадцати 2X2 перекрестных переключателей, назначение
которых изображено на рис. 10.33, б. В данном случае необходимо всего 48
переключателей (12X12X2) вместо 64, требую-
Рис. 10.32. Соединение процессор - память на основе перекрестного
переключателя 3X3.
Г лава 10. Оптика и символьные вычисления
341
б
Рис. 10.33. Многоступенчатая сеть переключений:
ci - топология основной сети, б- комбинация состояний переключателя.
щихся для перекрестной схемы 8X8. Следует отметить, что, к сожалению,
многоступенчатая конструкция оставляет возможность для появления
конфликтных ситуаций. Для реализации соединений в перекрестных схемах
малых размеров существуют многочисленные топологии (например, дерево,
баньян, дельта, сетка и многие др.) и выбор обычно осуществляется между
ценой и приемлемой частотой конфликтных ситуаций. Например, если степень
конфликтных ситуаций определенной пятиступенчатой замкнутой сети является
приемлемой, то схема соединений 1000X1000 потребует применения только 146
300 переключателей, а не 1 миллиона, который потребовался бы для
перекрестного переключателя. Более подробное обсуждение топологии
переключающих сетей представлено в книге [24].
Исходя из того что на практике применять универсальные перекрестные схемы
нецелесообразно, разработчик сети должен решить, какая топология лучше
удовлетворяет имеющейся структуре данных. Примером здесь может быть то,
что основной топологией для соединений параллельных процессоров,
предназначенных для обработки изображений низкого уровня, будет
решетчатая структура, позволяющая осуществить соединения между ближайшими
соседними элементами, так как подавляющее большинство операций низкого
уровня использует изображения из смежных ячеек. Но по мере перехода к
операциям более высокого уровня все более важными становятся глобальные
связи между данными, требуя соответственно более глобальных топологий
межэлементных соединений.
342
Часть IV. Символьные вычисления и искусственный интеллект
10.4.3. Оптическая реализация мультипроцессорных архитектур
Любой подход к рассмотрению оптических архитектур требует серьезных
размышлений на тему, а что вообще можно реализовать на основе
существующих технологий, и в частности на базе электронных схем со
сверхвысокой степенью интеграции. Оптические вычисления не будут
создавать серьезной конкуренции электронным вычислениям, если не дадут
существенного (на несколько порядков) улучшения характеристик по ряду
критических параметров. Следовательно, отправной точкой при рассмотрении
применений оптики в символьных вычислениях должно стать выявление круга
задач, решаемых с помощью электронных систем.
Вполне закономерным является тот факт, что относительная слабость и сила
электронных и оптических методов прослеживаются тем или. иным путем уже в
самих основах физики междуэлектроиных или междуфотонных взаимодействий.
По этому поводу заметим, что между электронами существует сильное
взаимодействие, в то время как между фотонами - слабое. Отсюда следует,
что электроны хорошо подходят для использования в переключающих
операциях, столь важных в вычислениях, а фотоны хороши для осуществления
связи между переключателями, создавая связи, свободные от вредных
эффектов взаимодействия, создающих перекрестные наводки и емкостную
паразитную нагрузку. Однако соглашаться с такими утверждениями было бы
преждевременно вследствие существования квантовых потерь, сопровождающих
как преобразование электрона в фотон, так и фотона в электрон.
Исследования и разработка направлены на поиск путей замены длинных внут-
рикомпьютерных соединений оптическими каналами связи, поскольку именно
длинные соединения создают для электронных устройств жесткие проблемы с
выделением мощности, быстродействием и занимаемым объемом для электронных
устройств [26]. Это, естественно, слишком далеко от реализации оптикой
всех ее возможных преимуществ в многопроцессорных архитектурах, пригодных
для символьных вычислений.
Рассмотрим качественную схему соотношения объема электронных переключений
и оптической связи, представленную на рис. 10.34 в виде квадрата, для
которого стороны представляют континуум состояний между экстремальными
состояниями, изображенными по углам. Верхний левый угол представляет
чисто электронные системы, в то время как нижний правый угол - чисто
оптические системы. Так как перемещение в направлении левого нижнего угла
выходит за рамки рассматриваемой проблемы, внимание будет уделено
состояниям, расположенным вверху и справа. При рассмотрении
вычислительных систем, для которых переключение представляет более важную
функ-
Глава 10. Оптика и символьные вычисления
343
цию, компромисс между оптикой и электроникой, как видно, соответствует
области схемы, расположенной где-то ближе к верхнему краю схемы, т. е.
соответствует чисто электронным переключателям с некоторыми оптическими
связями. Однако символьные методы обработки уделяют большое внимание
