Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
сигналы, подаваемые в нелинейное матричное устройство или в матрицу
соединений (в последнем случае, возможно, через электрооптически
управляемую решетку), могут подаваться в дополнение к оптическим входным,
управляющим и программирующим данным.
Как показано в разд. 5.3.2, архитектура фемтосекундных импульсов
эквивалентна схеме пороговых элементов с обратной связью. В некоторых
вопросах она эквивалентна схемам, в которых соединения для чисто
электронных логических вен-
Входной
пучок
Выходной
пучок
элементных кодирования/ соединений усиления
соединений усиления
Рис. 5.11. Общий вид архитектуры устройства для оптических вычислений, в
котором используются фемтосекундные ультракороткие импульсы света и
внутреннее пороговое кодирование.
Глава 5. Пороговое кодирование и взвешивание в вычислениях
161
тилей осуществляются оптически, например, в случае оптической
междучиповой связи в СБИС [40]. В заключение заметим, что приведенная
архитектура исследовалась в связи с нейронными системами [41, 42],
которые, как упомянуто в 5.1.1, могут иметь исключительно
"интеллектуальные" и гибкие рабочие характеристики. Для любой из этих
интерпретаций (и обычно для архитектур, использующих матрицы логических
устройств) рассеяние мощности является фактором, ограничивающим выбор
рабочих режимов. Например, при максимальной рассеиваемой мощности в 10
Вт/см2, минимальной площади устройства в 10 мкм2 и минимальной энергии
переключения на единицу площади в 1 фДж/мкм2 (что соответствует
обоснованно ожидаемым характеристикам современной технологии GaAs [32])
удается получить около 1015 логических операций в секунду на квадратный
сантиметр (1015 переключений-Гц/см2), что по величине на два порядка
больше, чем намечается получить согласно нынешним планам работ по СБИС.
Однако если энергопотребление не представляет столь серьезной проблемы,
что может быть либо в случае работы в режимах с малой нагрузкой, либо во
"взрывном" режиме, то при минимальных переключающих временах в 10 пс
возможно получить приблизительно 1018 переключений ¦ Гц/см2.
В данной главе обсуждались возможности оптических вычислений в рамках
представлений о взвешивании и пороговом кодировании, и приведены простые
примеры схем с внешним и внутренним пороговым кодированием. Основная
особенность оптических методов заключается в том, что они имеют
превосходство в реализации соединений или операций взвешивания, но могут
не обладать существенными преимуществами над чисто электронными методами
при принятии решения или операциях порогового кодирования. Задача
исследователей, таким образом, состоит в определении таких архитектур
оптических вычислительных устройств, которые позволяют в наибольшей
степени использовать возможности систем межэле-ментных соединений и
реализуют преимущества оптических методов.
Часть исследований, рассмотренных в данной главе, получила финансовую
поддержку программой СОИ, Агентством по инновации науки и технологии
согласно контракту с управлением исследованиями ВМС № 00014-85-К-0479.
Глава б
МНОГОЗНАЧНАЯ ПОРОГОВАЯ ЛОГИКА
К. Морага, Отделение вычислительной техники, Университет г. Дортмунда,
Дортмунд, ФРГ
6.1. Введение
Данная книга посвящена оптическим вычислениям, в то время как все
предшествующие работы автора главы, касающиеся пороговой логики, были
связаны с чисто электронными схемами. Тем не менее, находясь под сильным
впечатлением от перспектив, открываемых оптическими вычислениями, он
принял предложение и написал эту главу. По этой причине она объединяет
общеобразовательные аспекты многозначной пороговой логики с наивными
попытками разработать архитектуру, включающую в себя электрооптические
устройства. Автор надеется, что. читатели, целенаправленно занимающиеся
проблемой оптических вычислений, найдут повод для дальнейших исследований
теоретических вопросов, содержащихся в этой главе, и, более того, терпимо
и с пониманием отнесутся к "наброскам" автора в области электрооптики.
Разработки в сфере оптических вычислений производят очень сильное
впечатление, особенно с точки зрения предоставляемых ими особых
возможностей для выполнения параллельной обработки с высокой скоростью,
аналогового умножения, свертки, операций над матрицами и преобразования
Фурье [1, 2, 3]. Однако довольно парадоксальной выглядит проблема
обеспечения простой реализации в оптике функционально полного набора
логических связок [4J- Тем не менее развитие электрооптических методов
модуляции интенсивности света подготовило путь для появления двоичной
пороговой логики [5, 6]. Известно, что двоичная пороговая логика является
функционально полной и имеет дополнительную привлекательную черту -
программируемость: изменение весовых коэффициентов может осуществляться в
реальном времени для того, чтобы изменить передаточную функцию порогового
устройства.
Посредством механизмов модуляции интенсивности может быть эффективно и
точно выполнено аналоговое умножение, реализуемое с помощью электрических
