Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
Большие быстродействующие оптические переключающие системы делают
возможным необходимое перестроение процессора, что позволяет, например,
получить общий вид и характеристики, как у системы с жесткими кабельными
соединениями, систолической матрицы или более сложной сети.
Запрограммированный поток данных снижает непроизводительные затраты
времени на вычисления адресов памяти, декодирование команд, а также
выборки команд или данных из памяти.
Сети общего назначения [18] любого размера и с любым быстродействием при
традиционных полупроводниковых технологиях требуют слишком больших
затрат. Следовательно, существующие в настоящее время системы имеют ряд
каскадов, требующих размещения между входом и выходом или нескольких
переключателей, или переключателя, частично реализующего функции
перекрестного переключателя. Машина Butterfly с широкополосной сетью
связи [19] имеет ряд каскадов перекрестных переключателей 4X4,
соединенных с прекрасной сш
Глава 11. Оптические соединения для обработки в реальном времени
373
стемой перемещения содержимого памяти, а в вычислительном устройстве
TRAC, используемом в системе ультразвукового контроля Austin [20],
применяются переключатели 2x2 с конфигурацией "баньян" (Banyan).
Многокаскадность увеличивает потери времени в системе и усложняет
управление.
Прохождение сообщений еще более увеличивает непроизводительные издержки,
приводя к дополнительным потерям быстродействия ради достижения большей
гибкости. Система iPSC, созданная компанией Intel, основана на схеме
"космический куб" (''cosmic cube") [21], имеет 27 = 127 вершин и обладает
распределенной памятью в вершинах 7-мерного гиперкуба. Каждый процессор
соединяется с 7 другими процессорами из 128. Это обеспечивает большую
гибкость алгоритма и большую степень сложности управляющих операций, чем
у систолической матрицы, но дает меньшую гибкость, чем у полностью
перестраиваемой системы.
Оптические сети межэлементных соединений обнаруживают много преимуществ
по сравнению с электронными сетями [22, 23]. Например, описанный в гл. 11
процессор обработки сигналов способен полностью перестраиваться и
использует заранее запрограммированные оптические переключатели, что
позволяет получить высокое быстродействие, меньшие задержки и более
простое управление, чем у многокаскадных перестраиваемых систем.
11.3.4. Получение запрограммированного потока данных с помощью
оптических переключателей
Поток данных - это способ реализации направленного графа для алгоритма в
подходящей для этого машине с перестраиваемой конфигурацией [24-26].
Оператор срабатывает, как только получит все необходимые для него
значения. В большинстве случаев, где предусматривается использование
потока данных, гибкость и способность реализовывать рекурсивные функции
имеют более высокий приоритет, чем быстродействие. При этом такие системы
направлены на выполнение универсальных вычислений, а не символьных и
цифровых вычислений в реальном времени. Машины обычно включают в себя
динамическое назначение процессоров н передачу пакетов, содержащих
информацию как о необходимых операциях и маршрутах, так и о данных.
Примерами современных прототипов таких машин служат: машина, созданная в
MIT [27], манчестерская потоковая машина [28], японская машина Sigma-1
[29] и машина, созданная в Texas Instruments [30].
Перестраиваемые оптические переключатели позволяют использовать
запрограммированные потоки данных вместе с заданным, процессором. Маршрут
данных и последовательность
374
Часть IV. Символьные вычисления и искусственный интеллект
операций в каждом процессоре предварительно вычисляются с целью
минимизации непроизводительных затрат времени при счете. В следующем
тактовом цикле, после того как процессор получает все требуемые входные
сигналы, он будет выполнять заранее предусмотренную операцию
(определенную локальным кодом). Требуется достичь максимальной
производительности и минимальных задержек посредством предварительно
определенных простых процедур управления и стратегий формирования потока
данных.
11.4. Оптический процессор с перекрестной схемой
11.4.1. Описание системы
На рис. 11.2 изображена принципиальная схема оптического процессора с
перекрестной схемой. Все имеющиеся в схеме 512 процессоров соединяются с
оптическим переключателем 1024Х Х1024 элементов с 160 МГц (или более
быстродействующей) последовательной волоконно-оптической линией связи.
Процессоры имеют два входных канала от перекрестного переключателя и два
выходных канала к перекрестному переключателю. Первые 256 процессоров
могут иметь один вход, на который подается сигнал с цифрового датчика или
из основного запоминающего устройства. Остальные 256 процессоров могут
иметь один выход, также соединенный с основной памятью. Разделение
процессоров на две группы в данном случае оказалось выгодным, поскольку
данные могут передаваться между ними в прямом н обратном направлении.
Перекрестные переключатели меньшего размера вместе с переключателями,
