Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
мощности матрицей оптических бистабильных элементов; данное ограничение
является свидетельством относительной сложности использования оптики для
процедур принятия решения. Однако эта трудность не должна сдерживать
развитие оптических компьютеров с феноменальными рабочими
характеристиками по сравнению с чисто электронными вы-
142
Часть II. Многозначная и пороговая логика
числительными машинами. Например, многочисленные и сложные соединения, в
которых оптика имеет превосходство, возможно, являются наиболее важной
чертой архитектур биологических нейронных сетей, в которых каждый
логический элемент (или нейрон) может быть соединен с приблизительно 104
других элементов [4, 5J. Хотя время переключения или время принятия
решения отдельного нейрона велико по сравнению с характерными временами
переключения электронных вентилей, широко известны исключительные
возможности этих биологических архитектур (например, при распознавании
образов с высокой степенью адаптивности в миниатюрных и потребляющих мало
энергии "живых" структурах).
5.1.2. Определения взвешивания и порогового кодирования
Архитектура компьютера и выполняемые им операции могут быть представлены
в виде набора соединенных между собой элементов, которые принимают
решения. Например, любая булева логическая функция (или таблица
истинности) может быть реализована цепью элементарных ,решателей или
логических элементов, таких, как вентили И или ИЛИ. В целом соединения
могут быть охарактеризованы понятием веса, численно описывающего
,состояния межэлементного соединения. Например, состояния отсоединения и
подсоединения могут быть описаны нулем (0) и единицей (1), либо даже
любым действительным или комплексным числом (возможные значения
комплексных весовых коэффициентов рассматриваются в разд. 5.2.1).
Решатели могут характеризоваться неравенствами, связанными с множеством
пороговых значений, которые также могут быть действительными или
комплексными числами. Таким образом, соединения могут ассоциироваться с
взвешиванием, а принятие решений - с пороговым кодированием. Следует
обратить внимание на то, что взвешивание представляет собой более общее
понятие, чем соединение, а принятие решения- более общий термин, чем
пороговое кодирование.
Пространственные и временные характеристики системы, связанные с
операциями взвешивания и порогового кодирования, могут быть использованы
для классификации архитектур оптических вычислений [6]. А поскольку
основное различие архитектур обычно связывают с наиболее трудными для
реализации операциями, поэтому классификацию архитектур целесообразно
связать именно со взвешиванием и пороговым кодированием. Соответственно к
первому классу относят архитектуры с внешним пороговым кодированием, где
операции порогового кодирования выполняются в неоптической части одного
или более оптико-электронных интерфейсов, ,а операции взвешивания
выполняются такими оптическими элементами, как го-
Глава 5. Пороговое кодирование и взвешивание в вычислениях
143
лограммы, линзы и т. д. Например, в ставшем теперь классическим
стэнфордовском умнож'ителе матрицы на вектор [7J • (использованном для
выполнения дискретных линейных преобразований, например дискретных фурье-
преобразований) ¦в целом для реализации соединений используется маска с
несколькими апертурами и пассивная оптика, а для принятия решений-
используется матрица фотодетекторов с электронным пороговым кодированием.
Ко второму классу относят архитектуры с внутренним пороговым
кодированием, где по крайней мере часть операций порогового кодирования
выполняется чисто оптически и где, следовательно, необходимы нелинейные
устройства с оптическими входными и выходными сигналами. Таким образом,
архитектура с внутренним пороговым кодированием содержит чисто оптические
нелинейные устройства, в то время как архитектура с внешним кодированием
не содержит таких элементов, и классификация отделяет операции принятия
решений, выполняемые оптически, от операций, осуществляемых электронными
устройствами. Указанная классификация может быть использована
применительно к цифровым и аналоговым схемам или к несинхронизированным и
синхронизированным архитектурам (например, комбинационным,
последовательно асинхронным или последовательно синхронным).
Классификация применена для различных уровней сложности устройств - от
отдельных вентилей до готовых процессоров [8]. Следует обратить внимание,
что архитектуры обоих классов, как правило, базируются на возможностях
оптики осуществлять (с помощью, например, линз, голограмм 'и т. д.)
соединения без интерференционных явлений.
5.1.3. Стандартная и нестандартная пороговые логики
Пороговая логика - это область, тесно связанная с операциями порогового
кодирования и взвешивания в вычислениях. Эта область активно
исследовалась в 1960-е и начале 1970-х гг. [9-11], но с тех пор " до
настоящего 'времени [12] интерес к ней спал в основном ,потому, что
общепринятой во всех чисто электронных ИС стала традиционная булева
