Комментарии 45
Мы сделаем оптический процессор без электромагнитных излучений. Как? Возьмём обычный процессор, "разрежем" в нем провода и заменим на свето(фото)диоды.
Фурье-спектр двумерного сигнала вычисляется с помощью линзы L и слоя пространства длиной F так, как показано на рисунке 5.
Интересная фраза. Можно же было просто сказать, что линза в фокальной плоскости (F) выполняет двумерное преобразование Фурье.
Информация, которая закодирована оптическим лучом, может передаваться со скоростью света без выделения большого количества энергии на логических элементах!
Коэффициент отражения для зеркал далёк от 100%, особенно в наномасштабах (а всё, что не отразилось - превратится в тепло), а коэффициент преобразования для свето- и фотодиодов - вообще десятки процентов. А преобразовывать придётся очень часто - хотя бы для загрузки/сохранения регистров и ОЗУ. Поэтому нет заметной экономии от замены металлических соединений на оптические, скорее наоборот.
Там интерференционные зеркала. У них отражение близко к 100%. И можно использовать полное внутреннее отражение.
а как вам такая схема:
1) никаких зеркал, только области с переменным коэффициентом преломления
2) обратимые вычисления
3) "лишний" свет утилизируется при помощи интерференции в линиях задержки
Дифракционные зеркала отражают не менее 97% света, лазерные диоды имеют КПД 80%, за один такт обрабатываются двумерные массивы не менее 256х256. Оптические процессоры во много раз надежнее и экономичнее, чем электронные. Практикой доказано!
Это в макромире, а как в микромире, когда элементы имеют размеры порядка микрометра и меньше, а самих элементов на одной подложке миллионы? Обработка массивов за такт - это хорошо, но процессор должен уметь ходить по программе, предсказывать переходы, да и тупо загружать эти 256 бит из памяти и выгружать результат в память - желательно тоже за 1 такт.
Несколько вопросов.
Какое быстродействие у оптического инвертора?
Как реализуется оптическая ячейка памяти
Какой минимальной толщины должен быть световод и какую кривизну он может обеспечивать?
Как бороться с интерференцией? Ведь в элементе ИЛИ-НЕ на самом первом рисунке лучи имеют источник единый для всех (питательный лазер накачки схемы).
Интересно, а как реализован транспарант? На каждый из них небось нужен кремниевый контроллер. Стоит ли в итоге оно того?
В тему: Самый маленький в мире лазер. 300 нанометров.
https://www.ferra.ru/news/techlife/sozdan-samyi-malenkii-v-mire-lazer-06-06-2020.htm
То есть, по идее можно и комбинированные схемы создавать, электронно-оптические. На одном кристалле, возможно в разных слоях.
В тему: Самый маленький в мире лазер. 300 нанометров.
https://www.ferra.ru/news/techlife/sozdan-samyi-malenkii-v-mire-lazer-06-06-2020.htm
То есть, по идее можно и комбинированные схемы создавать, электронно-оптические. На одном кристалле, возможно в разных слоях.
Помню, ещё в девяностые в подшивке Техники молодёжи читал про оптические компьютеры. Создаётся ощущение, что у термоядерного синтеза серьёзный конкурент...
> может передаваться со скоростью света
Со скоростью света в среде, которая меньше чем в вакууме.
Кроме того, упущен один важный момент. Чтобы запихнуть фотоны оптического спектра куда-либо (в волноводы например), размер (диаметр) этих волноводов должен быть порядка длины волны. Например, несколько сотен нм. В то время как провода в микросхемах имеют характерные поперечные размеры порядка единиц-десятков нанометров. То же, очевидно, применимо и к "оптическим логическим элементам". В результате, если сделать оптический компьютер, он получится на много порядков больше по размеру, чем аналогичный электронный, а вдобавок ещё непонятно, что будет с быстродействием. Скорости распространения сигналов по проводам в микросхемах на порядки меньше чем скорость света (т.к. в первом приближении такой наноразмерный провод -- это R-C "линия передачи"), но это компенсируется крайне малыми расстояниями. В оптическом компьютере хоть и будет скорость света в среде, но из-за огромных (по сравнению с микросхемами) размеров задержки распространения вряд ли уменьшатся.
Пример опто-электроного процессора EnLight 256
Одна израильская фирма создала коммерческий оптический процессор, который можно купить, а не только посмотреть на опытный образец и сказать: «Как быстро он работает». Данный процессор фирмы Lenslet EnLigth 256 – это первый оптический DSP (Digital Signal Processor), превосходящий в три раза лучшие электронные DSP. Вообще-то, если уж быть предельно точным, то EnLight 256 – это гибридный оптический процессор – он не весь полностью оптический, а содержит преобразователи. Но на сегодняшний день полностью создать оптический компьютер не то, чтобы очень сложно, но пока дорого. А тут мы меняем только ядро (ведь все остальное остается таким же – электрическим) и получаем огромный прирост производительности.
Ядро этого процессора – оптическое, а входная и выходная информация представляется в электронном виде. Ядро состоит из 256 VCSEL–лазеров, пространственного модулятора света, набора голографических линз и фото приемников.
Производительность процессора составляет 8 триллионов операций в секунду: за один такт (8 нс) процессор обрабатывает матрицу 256х256
Данная технология, как мы уже знаем, использует оптическое ядро, а входная и выходная информация представляется в электронном виде. Такая организация позволяет использовать лучшее из оптических и электрических технологий. Оптическая матрица VMM (Vector-Matrix Multiplication) – ядро процессора – конвертирует электрическую информацию в свет, затем производит необходимые преобразования этой информации (вычислительные операции), направляя свет через программируемую внутреннюю оптику. Свет, который появляется на выходе, принимается множеством датчиков и преобразуется обратно в
электрический сигнал.
Принцип работы ядра VMM
Теперь разберемся, как это все программируется. Программирование оптического цифрового сигнального процессора (Optical Digital Signal Processing Engine, ODSPE) заключается в изменении значений, которые сохранены в пространственном модуляторе (Spatial Light Modulator, SLM). Загрузка приложения (или данные внутри приложения) аналогична замене матрицы в пространственном модуляторе. Можете догадаться сами, как быстро это происходит.
Пространственный модулятор Multiple Quantum Well
Где сейчас используется EnLight 256? Основные сферы его применения – это военная промышленность и обработка видео в реальном времени – обе сферы требуют высокой производительности. Представьте, что будет, если при вычислении угла отклонения ракеты компьютер немного «задумается»???
Lenslet сегодня занимается внедрением модуля Ablaze как средства для кодирования видеосигнала HDTV каналов. Один процессор EnLight 256 способен заменить несколько схем с большим количеством стандартных DSP-процессоров.
Сегодня оптический процессор компании Lenslet конструктивно реализован традиционно - "материнская" плата со смонтированными оптоэлектронными компонентами. Но в ближайшее время компания обещает компактный конструктив – микросборку.
Увы... Но этой новости уже больше 20 лет.
Процессор был сделан в 2003 году, а в 2006 году компания Lenslet объявила о закрытии и о продаже своей интеллектуальной собственности....
Это пример габаритного характера и производительности оптического процессора, а не описание самого современного решения.
Это пример того, что оптические процессоры оказались нежизнеспособны.
Точно так же как и природе ни один живой организм не использует свет для работы мозга. Любая нервная система животных основана на передаче электрических импульсов.
А колёса, колёса в живой природе кто использует? (бактерии если только). ;)
Перекати-поле
С таким же успехом камень, падающий с горы тоже колесо. ;) Нет, перекати-поле не подойдёт.
Камень - это неживая природа, так что возражение снимается.
Камень катится посредством гравитации. Перекати-поле катится посредством ветра. Само оно никаких органов для перемещения не имеет, а катится только потому, что ветер его носит. Пока ветер его несёт, остановиться оно не может, так же, как и камень.
Вы сделали мой день...
Колесо телеги катится посредством лошади. Само оно никаких органов для перемещения не имеет, а катится только потому, что лошадь его тащит. Пока лошадь его тащит, остановиться оно не может, так же, как и камень.
Вы серьезно не знаете разницы между движителем и двигателем ?!?!?
Не мелите ерунды.
Мы вообще-то о:
Точно так же как и природе ни один живой организм не использует свет для работы мозга.
Так вот, в природе ни один живой организм и колёса не использует. Нет у них органов перемещения с принципом работы колеса. Перекати-поле так же не имеет органов перемещения типа колеса (и, к слову, его скатывает в шар, да и изначально оно распушённое, а не в колесо - если я покидаю сухих стеблей их тоже сильный ветер начнёт гонять и скатает в шар). Его гоняет ветер просто потому, что оно не закрепляется за землю должным образом, так же как и камень падает от гравитации. Как и вы полетите со склона горы, вращаясь как колесо. Зато принцип колеса используем мы. У нас оно именно что отдельный орган телеги. И используется целенаправленно. Так же и из того, что свет не используется живыми организмами для работы мозга вовсе не следует, что его не должны использовать мы.
Так про колесо кто первым начал ?
Перекати-поле так же не имеет органов перемещения типа колеса
То есть как растет, размножается и распространяются растения типа перекати-поле вы не знаете.
это именно специально сформированный орган у кустарников для распространения своих семян, который используется целенаправленно как колесо.
Нихрена. Это никакой не орган-колесо-шар. Это просто на определённой стадии перекати-поле засыхает в форме объёмного куста с неплохой парусностью, что позволяет ветру его отрывать от земли и просто нести. Ну а дальше абсолютно любое, что оторвано от земли, а взлететь не может (ветер слабый) начинает просто кувыркаться и сбивается в шарик. Даже машины сильный ураганный ветер кувыркает. И где вы здесь специальный орган в форме колеса увидели? Перекати-поле абсолютно наплевать как будет ветер его перемещать - хоть волоком, хоть взлетит. Оно просто создаёт большую парусность для отрыва и кувыркания. А в шарик скатываются уже любые предметы, которые ветер кувыркает.
Попробуйте скомкать пук травы, а потом запустите его по ветру. Посмотрите что от него останется через минуту.
Так ваше перекати-поле - это ведь не конкретное растение. Это образование из различных растений, получившееся как раз из-за ветра. Иными словами, трава, способная засыхать и отделяться от земли ветром.
Вот из такого, например:
Или такого
Это всё трава.
Иногда её так скатывает, иногда нет.
Потому и не может она быть колесом или шаром. Нет такого ни у кого. Разве только у каких-то бактерий что-то там такое аля-колесо вспоминается, но и только.
Не считаю Ваше мнение аргументированным. Аналоговые ЭВМ тоже не забыты, между прочим. Просто Вы не в той области получаете информацию.
Не соскакивайте с темы. Я вижу что вы не владеете в полной мере информацией по оптическим вычислениям (выше вы не смогли мне ответить ни на один вопрос).
Ну так если не знаете, то так и скажите. Ничего стыдного в этом нет.
Наоборот, когда вместо нормального ответа видишь попытку отмазаться, замылить ответ, это вызывает раздражение. Поверьте, я достаточно много изучал вычислительную технику не только основанную на транзисторах. И моё мнение, что единственной альтернативой транзистору может быть только переключатель на сверхпроводниках. Но это пока дело далекого будущего.
А где Ваши вопросы? Что-то не вижу ни одного.
Продублирую
Несколько вопросов.
Какое быстродействие у оптического инвертора?
Как реализуется оптическая ячейка памяти
Какой минимальной толщины должен быть световод и какую кривизну он может обеспечивать?
Как бороться с интерференцией? Ведь в элементе ИЛИ-НЕ на самом первом рисунке лучи имеют источник единый для всех (питательный лазер накачки схемы).
И
Как создать оптический тактовый генератор ?
каковы линейные размеры такой линии задержки ?
С другой стороны - по одному световоду можно передавать целый пучок сигналов, на разной длине волны. Причем обе стороны сразу. И еще поперек. И с разной поляризацией
Простите, упустил! Так Вы предлагаете написать серьезную статью, как работает оптический аналог ЭВМ? Ждите. Но на некоторые вопросы я Вам все-таки ответил. Например, линия задержки создается в резонаторах с обратной связью на элементах ОВФ. При одновременной работе огромного массива операторов оптического процессора сравнивать производительность и количество логических элементов на единицу площади чипа - это все равно, что сравнивать обезьяну с крокодилом. Толщина световода должна соответствовать длине световой волны, ввести в световод луч лазера - не проблема, когда сам световод является лазерным усилителем. Вы представляете, как работает квантовый компьютер, о котором сегодня складывают легенды? Так вот оптический аналог подобных вычислений уже работает с высочайшей надежностью, обладая производительностью современного суперкомпьютера при комнатной температуре и габаритах не более затрапезного ноутбука.
Спасибо ! Вот это приятно читать !
Хочется только уточнить - что это за оптический аналог квантовых вычислений ? Ведь до сих пор речь шла строго о фон-Неймановской модели компьютера, пусть и с параллельной обработкой команд.
Ведь до сих пор речь шла строго о фон-Неймановской модели компьютера,
Нет! :) В том и прелесть оптики, что компьютер может быть практически аналоговым. Преобразование Фурье уже было, но, например, с помощью дифракции Рамана-Ната в акустооптическом модуляторе можно сразу раскладывать принятый сигнал в спектр! Просто подаёте на акустооптический кристалл сигнал и фотодиодом считываете, куда (в какие частоты) отклоняется луч света. Есть целое направление - Фурье-оптика. Ещё можно сделать оптическую нейронную схему. Была тут как-то статья про пластинку, которая распознаёт цифры (направляет свет в нужный ответ). Такие пластинки можно и на другие объекты делать. Электричества не требует. Проецируете линзой объект и получаете что это. :) И где-то я упоминание о таких штуках встречал в военной сфере для распознавания объектов. То ли как опыты, то ли уже давно делали.
Вот этот умножитель выше, он, как я подозреваю, как раз аналоговый внутри. Две матрицы умножаются путём хитрых преобразований света.
Китайцы писали недавно, что испытали оптический аналог квантового компьютера..
Публикации
ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССОРЫ