Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 9. Волоконно-оптические программируемые матрицы
253
ной упаковкой составляет величину порядка 1014, что на семь порядков
меньше, чем дает оценка, выполненная в пределе одномодового волокна.
9.2.4. Сравнение возможностей различных методик реализации комбинационной
логики
Ранее в данном разделе было показано, что коэффициенты объединения по
входу и разветвления по выходу взаимосвязаны с шириной полосы пропускания
системы. Одно из преимуществ применения ОПЛМ заключается в том, что
использование отдельных электронных компонент с волоконно-оптическими
межэлементными соединениями позволяет использовать очень низкие плотности
размещения реальных вентилей по сравнению с интегральными схемами со
сверхвысокой степенью интеграции. Таким образом, в значительных по объему
волоконно-оптических системах может быть рассеяна существенно ббльшая
мощность, чем в компактных интегральных схемах со сверхвысокой степенью
интеграции. Так как скорости переключения в конечном счете ограничены
возможностью отвода выделяемого тепла, волоконно-оптические системы
позволяют, кроме того, достичь более высоких тактовых частот. В самом
деле, обычным явлением стала работа волоконно-оптических систем в области
гигагерцевых частот, тогда как очень трудно добиться работы
микроэлектронного чипа со сверхвысокой степенью интеграции при таких
частотах.
На рис. 9.7, а проводится сравнение ожидаемых предельных характеристик
ОПЛМ, имеющих общую длину устройства в 1 м, а также параметров ряда
промышленно освоенных устройств: динамических запоминающих устройств с
произвольной выборкой (ДЗУПВ), статических запоминающих устройств с
произвольной выборкой (СЗУПВ), матричных устройств программируемой логики
(ПЛМ), логических устройств, программируемых пользователем в зависимости
от условий эксплуатации (ЛУПУЭ). Сравнение основано на зависимости
скорости переключения от числа переменных во входном сигнале. На рис.
9.7,6 представлены сравнительные данные, характеризующие зависимости
скорости переключения от числа термов произведения. В данном сравнении не
делается различий между устройствами, основанными на использовании
логически минимизированных термов произведения и соответственно не
минимизированных термов произведения. Наибольшей плотностью упаковки
элементов обладают ДЗУПВ. В самом деле, эти устройства можно
рассматривать как пример изделий, находящихся на переднем крае
современной технологии изготовления чипов. Хотя ДЗУПВ обычно уже обладают
внутренним разделением каналов, может быть предложена система с числом
раз-
254
Часть III. Систолические процессоры и логические матрицы
личных переключаемых каналов, равным произведению коэффициентов
разветвления по выходу и объединения по входу (разработанная ранее для
систем с перекрестной схемой). Математически это эквивалентно
произведению числа переменных входного сигнала на число булевых термов
произведения. Для ДЗУПВ емкостью 1 Мбит, имеющего 20 входных каналов, 106
термов произведения и работающего с частотой 10 МГц (20 Мбит/с),
относительная производительность составляет 4-1014. Следует заметить, что
эта величина относится к крем-
1000
3
(_
5 s'
Y
а
6
100
30
10
ОПЛМ
СЗУПВ
1)
ПЛМ/ЛУПУЭ2)
10 20 75 100 1000 10000
Число переменных входного сигнала
1000
а
?
10 64100 1000 10000 100 000 1000 000
6
Число термов произведения на выходной канал
Рис. 9.7. а - зависимость максимальной скорости выборки от числа
переменных входного сигнала для различных типов логических матриц.
Сравнение производится для линейного размера ОПЛМ в 1 м.
') СЗУПВ - статическое запоминающее устройство с произвольной выборкой.
2) ЛУПУЭ - логическое устройство, программируемое в зависимости от
условий эксплуатации.
б - зависимость максимальной скорости выборки от числа термов произве-
дения для тех же логических матриц. Не учитывается различие между обыч-
ными и минимизированными произведениями.
Глава 9. Волоконно-оптические программируемые матрицы
255
ниевым приборам. Из-за сложностей с теплоотводом логические матрицы,
изготовленные из арсенида галлия, обычно имеют по крайней мере на два
порядка меньшую производительность, хотя потенциально их быстродействие
на один или два порядка выше, чем для кремниевых приборов. В результате
суммарный выигрыш в производительности, если и существует, то оказывается
очень незначительным. Для сравнения заметим, что в одномодовом пределе
ОПЛМ теоретически способны обеспечить относительную производительность,
равную 1021.
Из рис. 9.7, а следует, что при числе переменных входного сигнала более
двадцати более целесообразным становится использование устройств
программируемой матричной логики, программируемых пользователем
логических устройств, программируемых логических матриц, а применение
ДЗУПВ становится менее выгодным. Даже для лучшего из существующих ДЗУПВ,
имеющего 75 входных каналов и 64 терма произведения, работающего при 30
МГц, относительная производительность составляет только 1,4-10й. И скорее
