Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
резонатора. При этом дифракционные потери света могут быть уменьшены за
счет применения соответствующих волноводных структур, для изготовления
которых, по-видимому, можно использовать метод травления [26], или,
возможно, имплантацию. Хотя все это может быть непосредственно выполнено
для активного материала, следует помнить, что создание структур
Глава 2. Бистабильные устройства и логические элементы 73
на основе резонаторов Фабри - Перо со специальными зеркалами, по всей
видимости, приведет к значительному увеличению толщины и потребует
применения специальных волноводных режимов работы устройства. В целом
зеркала, созданные на основе четвертьволновых слоев AlGaAs с переменной
концентрацией А1 методом МЛЭ [37] или методом химического осаждения из
паров металлоорганических соединений [38], могли бы изготовляться тем же
способом, что и объемные слои GaAs или квантоворазмерные структуры на
GaAs в ОЛЭФП.
Резонаторы Фабри - Перо, использующие современные материалы при
соответствующей оптимизации, способны работать в области частот 10-1000
ГГц. Большое быстродействие потребует либо гораздо более качественных
материалов, чем имеющиеся в настоящее время, либо применения более
сложных методик, которые усилят процесс релаксации. Отвод тепла от
больших матриц с плотным размещением элементов, работающих в гигагерцовом
диапазоне, может быть исключительно трудной задачей, однако методики
охлаждения также совершенствуются. Матрица в 106 ячеек, потребляющая
энергию в 1 фДж на ячейку на частоте в 1 ГГц, будет рассеивать мощность в
1 Вт. Промышленно освоенные охлаждающие микроэлементы [40] могут отводить
до 1-2 Вт с площади в несколько квадратных миллиметров. Более того, эти
охлаждающие элементы обеспечивают получение температуры до 77 К без
применения жидкого азота, что дает возможность воспользоваться более
"удачными" характеристиками полупроводников при этой температуре, чем при
комнатной.
Различие в архитектуре создает определенные трудности при сравнительной
оценке производительности вычислительных систем. В частности, мерой при
оценке может служить число битов, обрабатываемых в секунду (бит/с). Так,
самые быстрые компьютеры на сегодня обрабатывают около 1013 бит/с.
Ожидается, что эта величина возрастет на один или два порядка, прежде чем
будут реализованы оптические компьютеры. И хотя до сих пор были
продемонстрированы только очень маленькие матрицы оптических элементов,
переход к большим матрицам (по порядку величины до 10е) не представляется
слишком сложным. Были также продемонстрированы возможности получения
скоростей далеко за пределами 1 ГГц. А основываясь на том предположении,
что затраты энергии будут уменьшены до такой степени, что проблемы отвода
тепла не будут стоять так остро, получим, что отдельная матрица может
обрабатывать от 1015 до 1016 бит/с. Использование нескольких матриц,
матриц большего размера или более быстродействующих устройств, может
увеличить эту цифру даже на несколько порядков. Длительность оптического
цикла составляет только 2 фс, поэтому в дальнейшем для оптических
устройств до-
74
Часть I. Пространственные модуляторы света
стижим терагерцевый диапазон. Вполне реальные возможности оптических
вычислительных устройств должны, несомненно, стимулировать интенсивные
исследования в этой области.
2.11. Три-стабильность и многозначная логика
Три-стабильность - это такая ситуация, в которой для одного и того же
входного сигнала существуют три состояния выходного сигнала. Теория этого
явления обсуждается несколькими авторами [40, 41] для случая двухфотонной
системы. Оптическая три-стабильность поляризационных характеристик
наблюдалась для паров натрия. В этой системе для линейно поляризованного
падающего света прошедший свет имел три устойчивых состояния поляризации,
а именно правая поляризация света с круговой поляризацией, левая
поляризация света с круговой поляризацией и линейная поляризация.
Соответственно с увеличением интенсивности входного сигнала переключается
поляризация выходного сигнала.
Три -стабильность может быть использована для многозначной логики, как
это было предложено в [42, 43]. Авторы предлагают использовать
модифицированную цифровую систему с индексированными цифрами для
выполнения "свободного от переноса разрядов" оптического сложения и
вычитания. В этой цифровой системе используется набор цифр [1, 0, 1], где
1 - логическое дополнение к 1. Возможность чисто параллельного
арифметического представления цифр в указанной системе может быть
использована в три-стабильных системах.
2.12. Выводы
Почти все электронные компьютеры сегодня являются машинами
последовательного типа. Это значит, что они выполняют относительно малое
число операций за единицу времени. С другой стороны, оптическая
информация легко передается параллельно и соответственно использование
света в обработке информации, при принятии решений и в вычислениях может
обеспечить намного большие скорости обработки данных. Параллельные
