Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
важное значение, способность решать конкретные проблемы в конечном счете
связана со сложностью вычислительной задачи. Различие между
производительностью и сложностью связано с приемлемым соотношением между
коэффициентами объединения по входу и разветвления по выходу. Эти
различия подробно обсуждаются в разд. 9.3, где рассматривается влияние
декодеров высокого порядка на сложность ПЛМ.
Были сконструированы разнообразные волоконно-оптические матрицы,
основанные на сети перекрестных соединений [6, 11-¦ 13]. Эти устройства
являются чисто параллельными и выполняют каждую команду за один тактовый
цикл. На протяжении данной главы волоконные матрицы будут называться
ОПЛМ. Их основная архитектура изображена на рис. 9.3. Традиционная ПЛМ
основывается на декодере, за которым следует матрица элементов ИЛИ-И,
служащая для выработки определенной логической функции. В предлагаемом
подходе часть схемы с элементом ИЛИ заменяется на последовательность
элементов ИЛИ-HE, чтобы в максимальной степени воспользоваться
преимуществами оптических соединений при реализации объединения по входу
и разветвления по выходу [6]. В системах этого вида коэффициент
объединения по входу определяет число выходных каналов декодера, служащих
входами в ПЛМ, в то время как коэффициент разветвления по выходу
определяет число минимизированных термов произведения. Данный подход
позволяет обойти ограничения, присущие ранним вариантам ПЛМ, построенных
по схемам со свободным размещением
*> Называемая далее производительностью. - Прим. перев.
Программируемая
матрица логических ИЛИ
Программируемая матрица логических И
Оз 02 О) Оо
Фотодетекторы
Рис. 9.3. а - схема двухуровневой ПЛМ, основанная на операциях И-ИЛИ, б-
эквивалентная оптоэлектронная схема, основанная на операциях НЕ-
ИЛИ-НЕ-ИЛИ.
Глава 9. Волоконно-оптические программируемые матрицы
243
элехментов в пространстве [14] или созданных на основе интегрально-
оптических схем [15], с традиционными последовательностями элементов ИЛИ-
И. Хотя описанный на рис. 9.3 оригинальный вариант схемы содержит как
электрические, так и оптические межэлементные соединения, ожидается, что
будущие варианты будут принимать исключительно оптические входные сигналы
и производить также оптические выходные сигналы [16].
Волоконные линии в общем являются более привлекательны-ми, чехм подходы,
использующие голографические межэлементные соединения или соединения за
счет распространения сигналов в свободном пространстве, поскольку они
обеспечивают большие значения коэффициентов объединения по входу и
разветвления по выходу, а также работу без перекрестных помех. Принципы
организации волоконно-оптических систем с успехом могут быть использованы
при существенном увеличении их размеров1'. А кроме того, волоконно-
оптические компоненты быстро совершенствуются вследствие быстрого
распространения волоконной оптики в различных прикладных задачах техники
связи. В работе [11] были рассмотрены преимущества соединений ка
волоконных системах над голографическими системами меж-элементных
соединений. В целом волоконные системы представляются весьма
многообещающими, однако прежде чем делать окончательный вывод, следует
рассмотреть вопрос о перестраиваемое(tm) системы с жестким "монтажохм".
Далее, обойти проблему постоянных соединений нам поможет способность
оптических волокон обеспечить высокие коэффициенты объединения по входу и
разветвления по выходу. В разд. 9.4 будет показано, что если эти
коэффициенты достаточно высоки, то может быть реализован эквивалент
перестраиваемой системы
[17].
Схема, показанная на рис. 9.3, была реализована на основе волоконно-
оптических соединяющих элементов и приспособлена для работы в режиме
МК.ОД - со многими потоками команд и одним потоком данных [18], хотя
основная архитектура сама по себе является достаточно гибкой, чтобы
работать в различных структурах. В разд. 9.2 будет показано, что
независимо от структуры производительность определяется произведением
коэффициентов объединения и разветвления и ширины полосы частот системы,
или, что эквивалентно, произведением числа межэлементных соединений и
ширины полосы частот системы. Наиболее важными факторами, ограничивающими
производительность, являются рассеиваемая мощность и плотность упаковки
межэлементных соединений. В самом деле, одно из прин-
•> Данный принцип далее будем называть масштабированием. - Прим. перев.
244
Часть III. Систолические процессоры и логические матрицы
ципиальных преимуществ ОПЛМ состоит в способности распределять
сравнительно высокие мощности по сравнительно большим площадям. .
Перед тем как начать изучение основной части этой главы, полезно
поразмыслить над ролью теневого метода в развитии волоконно-оптических
программируемых логических матриц. Теневой метод, впервые предложенный в
[19], дал возможность реализовать режим работы ОК.МД, т. е, с одним
потоком команд и многими потоками данных, с помощью комбинаций источников
