Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
потенциальных возможностей использования оптики для задач символьных
вычислений. Некоторые из этих возможностей рассматриваются в следующем
разделе.
10.4.5. Гибридные оптоэлектронные системы
Имеется несколько уровней, на которых оптика может эффективно сочетаться
с электроникой. На рис. 10.41 изображена иерархия функций в гибридной
системе, простирающаяся от применения оптического процессора в чисто
оптических системах, описанных в предыдущем ; разделе, до использования
оптики только в периферийных устройствах, таких как оптические диски для
хранения информации. Различия состоят в степени связи между электронным
процессором и оптической системой и в объеме вычислений, выполняемых
оптически. Далее предполагается, что электронная система является базовым
процессором, а оптическая система соединяется с ним посредством одной из
шин системы.
На нижнем уровне (рис. 10.41) оптическая система полностью заменила бы
электронную систему на уровне процессора и, следовательно, выполняла бы
большинство вычислений и обеспечила бы сильную связь с. памятью
электронной системы. Согласно терминологии разд. 10.4.2, такую гибридную
схему можно было бы назвать системой с сильной связью. На следующем
уровне имеем структуру, где оптическая система вычисляет некоторые из
простейших операций (умножение, сложение, вычитание и т. д.), в то время
как электроника выполняет
352 Часть IV. Символьные вычисления и искусственный интеллект
другие операции. Примером этого могло бы быть устройство оптического
сопоставления с образцом, связанное с шиной данных Лисп-машины, где
оптическая система выполняла бы все операции сравнения, оставляя
электронике вычисления других простейших функций. Это система также
является системой с сильной связью, поскольку процессоры распределяют
реально имеющиеся ресурсы памяти, и по своей сути аналогична концепции
оптического сопроцессора. Ширина полосы частот сети соединений должна
быть очень высокой и весьма приблизительно равняться увеличенному в
несколько раз объему выборки, деленному на время пересылки.
Ускорителями называются процессоры, которые резко увеличивают
производительность системы конкретной функции,
Периферийные устройства
Процессор специального назначения
Ускорители
Функции процессорного уровня
Процессор
Рис. 10.41. Иерархия функций в гибридной системе.
Рис. 10,42. Параллельная обработка в семантической сети.
Глава 10. Оптика и символьные вычисления
353
такой как скалярное произведение, корреляционная функция или инициация
правил. Как стало ясно на основании разд. 10.3, скалярное внутреннее
произведение играет главную роль в таких процедурах обработки в системах
ИИ, как сравнение признаков, сопоставление с образцом, корреляционная
обработка на низком уровне, поиск в базе знаний и получение логических
выводов на высоком уровне. Позднее в данном подразделе будет рассмотрено,
как внутреннее произведение может применяться при обработке правил типа
"если... то...".
Ускорители в свое время оказали заметное влияние на мо-нопроцессорные
цифровые вычисления, помогая свести к минимуму влияние явно вызывающих
сомнения "узких мест". Удивительно, что они еще не получили широкого
применения в вычислениях или в мультипроцессорных системах; оптика могла
бы помочь ускорить этот процесс. Как показано на рис. 10.42, оптический
компьютер мог бы быть соединен с шиной данных системы, но она в данном
случае не распределяет ресурсы памяти в электронной системе. Это является
примером гибридных систем с более слабой связью, где базовая машина и
ускоритель расположены достаточно близко, но не обязательно в одной и той
же стойке.
Процессоры специальных функций (ПСФ), как и предполагает их название,
позволяют получить взамен универсальности улучшенные характеристики,
максимально увеличивая производительность для конкретных функций. В
типичных случаях они являются исключительно специализированными
компьютерами с ограниченной способностью к программированию, ограниченной
памятью и минимальными требованиями к интерфейсу. В качестве отдельных
вычислительных блоков ПСФ соединяются с базовым компьютером посредством
сети, оптического волокна или каких-либо других широкополосных сред. Их
также называют вычислительными матрицами, и они успешно использовались
для выделения признаков в системах технического зрения низкого уровня и
речи, в качестве процессоров дисплея в компьютерной графике и как
матричные процессоры в вычислениях быстрого преобразования Фурье.
Наиболее популярные ПСФ являются систолическими матрицами, для которых
имеется богатая экспериментальная база и также велико число возможных
оптических вариантов реализации.
В оставшейся части раздела авторам хотелось бы остановиться на двух
приведенных выше примерах, а именно использовании оптических вычислений
для реализации ускорителя и процессора специального назначения. В случае
ускорителя будет использоваться пример обработки внутреннего произведения
