Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
правилу "четверки", временной интервал, занимаемый одним битом в ячейке,
должен составлять не менее чем тв = 8m/f, что является обратной величиной
к одной четвертой части ширины полосы частот. Если временная апертура
ячейки составляет т, полное число бит, которое может загружаться в
ячейку, составляет т/тв = /, что равняется точности представления числа.
Полагая if/2 = TB, где ТВ - время стробирования ячейки, получаем
соотношение 4 tnl=TB. Если, как и в предыдущем примере, xf = 2000, тогда
ТВ = 1000 и ml=250. Чтобы сохранить /=16, величина m ограничена значением
15. Для сравнения укажем, что на основе анализа дифракционных процессов
авторы [23] получили предельное значение ml = TB. Проведенный ими анализ
частотных характеристик дает более жесткое ограничение величины- в 4
раза.
7.4. Заключение
В настоящее время, как видно из изложенного выше материала, оптические
методы умножения матрицы находятся еще только в стадии зарождения. На
текущем уровне работ имеются дискретные источники света, модуляторы и
фотодетекторы, которые не слишком просто состыковываются друг с другом и
с обслуживающей их электроникой, что ограничило объем решаемых ими задач.
Эти устройства выдают выходные сигналы, которые не пригодны для
дальнейших вычислений. Можно предположить, что в будущем развитие
пространственных модуляторов света, интегральной оптики и микротехнологии
приведет к созданию интегрированных оптических систем, включающих все
компоненты в один узел.
Гораздо более проблематичным является ограниченная емкость обрабатываемых
чисел для всех обсуждавшихся выше архитектур. В начале главы
утверждалось, что оптика имеет большую полосу пространственных частот.
Действительно, двумерные оптические поля позволяют иметь миллионы
разрешающих элементов с линейными размерами в несколько длин волн света.
Но управлять регистрацией оптических полей удается лишь только в
масштабах десятков и сотен длин волн. Широкая полоса пространственных
частот представляется доступной только для систем формирования
изображений. При наличии данного ограничения цифровые оптические
процессоры кажутся пригодными лишь для сравнительно ограниченных по
объему задач. Кроме того, многие интересующие проблемы (построение
калмановского фильтра и даже цифровые преобразования
Г лава 7. Оптическое умножение матриц
215
Фурье) могут быть выполнены в матрицах 128x128, так что оптические
вычислительные устройства могут быть полезны даже в том случае, если
объем выполняемых оптических вычислений ограничен.
Самым серьезным недостатком цифровых оптических систем, вероятно,
является наличие аналогового выходного сигнала. Оптический сигнал не
может быть легко преобразован в цифровой вид. Выходной сигнал должен быть
последовательно скорректирован электронными методами при не слишком
высоких затратах. Необходимо найти какие-либо способы выполнения
преобразования оптическими методами или способы использовать выходной
сигнал, представленный в смешанном формате.
Видимо, изложенный способ рассмотрения проблем оптического матричного
умножения следует воспринимать лишь как определенный, далеко
неокончательный этап развития. За последнее время было получено много
новых данных относительно возможностей оптики в вычислениях, а
обсуждавшиеся здесь работы простимулировали появление многих приборных
разработок. В самом деле, многие из рассматривавшихся в данной главе
концепций находят применение во все разрастающейся области оптических
межэлементных соединений для нейронных сетей [27]. Применительно к
проблеме соединений оптические системы рассматривают как программируемые
переключатели, а не вычисляющие устройства.
Выходной сигнал в этом случае нуждается только в пороговом кодировании, а
не в аналого-цифровом преобразовании. Избавившись от этих отягощающих
проблем, можно использовать в полной мере параллелизм оптических методов.
Г лава 8
АРХИТЕКТУРЫ КЛЕТОЧНОЙ ЛОГИКИ
Т. Ятагаи, Институт прикладной физики, Университет г. Цукубэ, Цукубэ,
Ибараки, Япония
8.1. Введение
Возрастание требований, предъявляемых к скорости обработки больших
объемов данных, указывает на необходимость создания компьютеров с
параллельной обработкой данных, для которых характерно высокое
быстродействие [1, 2]. Для достижения высокой степени параллельности
вычислительных систем могут быть использованы методики оптических
вычислений. За последнее десятилетие было предпринято много попыток
разработать параллельные оптические процессоры [3, 4]. Авторы [5]
усовершенствовали схему компьютера Зи (Tse), продемонстрировав
практическую значимость и ряд преимуществ оптической параллельной
обработки. В качестве устройств параллельной логики использовали
оптическую пороговую матрицу [6] и микроканальный усилитель изображений
[7]. Многими авторами описывались жидкокристаллические клапанные
устройства для модуляции света, в частности устройство Hughes LC
использовалось для выполнения различных оптических логических операций и
