Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
света и масок. В первоначальном варианте возможные команды были
ограничены шестнадцатью возможными функциями двух двоичных входных
переменных и вводились через параллельные "окна" в большой массив данных.
Система тогда функционировала как совокупность большого числа очень
маленьких параллельных ПЗУ или ЗУПВ. Дальнейшая разработка этой методики
была выполнена этим же автором и его коллегами [8, 20] для случая более
сложных процедур, основанных на большом числе двоичных входных
переменных, и где аналогично описанному выше случаю, система работала как
группа параллельных ПЗУ или ЗУПВ, имеющих более сложную структуру или
больший масштаб выполняемых операций. Кроме того, эта группа
исследователей использовала эту же систему в режиме адресации к
содержанию памяти [5, 8, 21], чтобы реализовать логически
минимизированные таблицы истинности, подобно тому, как это делают для
ПЛМ. Используя декодеры высокого порядка для преобразования многозначных
сигналов в двоичные, авторы установили, что для многозначного случая
потребовалась бы значительно меньшая энергия, приходящаяся на одно
переключение. Фактически, если бы они использовали двоичные декодеры
высокого порядка с двоичными входными сигналами, они получили бы близкие
результаты. Как уже обсуждалось ранее, взаимосвязь декодеров высокого
порядка со сложностью вычислений исследуется в разд. 9.3. Хотя теневой
метод и представляет интерес, но он с трудом может быть использован
совместно с волокнами. Неспособность теневых систем работать в
волноводном режиме жестко ограничивает практическую пригодность этой
методики, тем не менее работа закладывает основу метода получения
несокращенной и сокращенной таблиц истинности для различных масок. Это в
конечном счете приводит к заключению, что набор масок в перекрестной
схеме, в самом деле, обеспечивает наиболее эффективный из возможных
способов отображения информации для программируемых логических матриц. В
разд. 9.3 будут анализироваться некоторые из характеристик волоконно-
оптических ОПЛМ, и, в частности, в разд. 9.2.4 будет показано, что для
большого числа входных переменных использование сокращенных таблиц
истинности, реализованных на ПЛМ, являетРЯ
Г лава 9. Волоконно-оптические программируемые матрицы
245
более предпочтительным, чем применение полностью декодированных таблиц
истинности, реализованных с помощью ПЗУ или ЗУПВ.
9.2. Характеристики волоконно-оптических ПЛМ
9.2.1. Коэффициенты объединения по входу и разветвления по выходу
Произведение мощности на ширину полосы пропускания является важным
параметром, используемым при разработке интегральных схем со сверхвысокой
степенью интеграции. Это произведение также позволяет проводить сравнение
оптоэлектронных логических матриц со всеми существующими электронными
логическими матрицами. В последних подразделах данного раздела будет
показано, что для фиксированных чувствительности фотодетектора, полосы
частот и частоты появления ошибок произведение коэффициентов объединения
по входу и разветвления по выходу для волоконно-оптической логической
матрицы связано с мощностью входного сигнала. В дополнение к этому будет
показано, что произведение этих коэффициентов оказывается связано с общим
числом межэлементных соединений и производительностью системы. По этим
причинам коэффициенты разветвления и объединения имеют критические
значения. На рис. 9.4 показан пример соединения волокон встык, что
позволяет реализовать высокие коэффициенты объединения по входу и
разветвления по выходу либо в одном каскаде, либо в древовидной
структуре. Данная методика была специально разработана для того, чтобы
сделать .возможной реализацию больших волоконно-оптических логических
матриц [12]. В случае необходимости разветвления волокна одиночное
волокно большего диаметра служит источником, освещающим жгут волокон,
имеющих маленький диаметр. Таким образом, свет от толстого волокна
распределяется по всем тонким волокнам. Исходя из предположения о том,
что величины угловых апертур тол-
а>Ь
t
I
а
i
b
Одиночное волокно большого диаметра
Жгут волокон малого диаметра
Рис. 9,4. Схема соединения "встык" волокна со жгутом волокон,
246
Часть III. Систолические процессоры и логические матрицы
стого и тонких волокон являются постоянными, согласно теоретическим
оценкам, получим, что максимальная мощность, передаваемая в каждое из
тонких волокон, уменьшается пропорционально величине, на которую "не
совпадают" площади торцов тонких волокон и толстого волокна. Практически
передаваемая в тонкое волокно мощность оказывается несколько ниже
ожидаемой вследствие потерь при соединении и неоднородного распределения
света в толстом волокне. Для гауссова распределения света в волокне
эффективный диаметр связи обычно ограничен половиной диаметра толстого
волокна.
Из рис. 9.4 следует, что свет, распространяющийся по каждому из тонких
волокон, суммируется в толстом волокне. Не учитывая потери на состыковку
