Компьютер. Большой самоучитель по ремонту, сборке и модернизации

А теперь вернемся к тем восьмидесятым, с которых все и началось. Исследователи по оптической электронике начали работать над созданием оптического процессора нового поколения. Оптический процессор должен был использовать специальные элементы, в которых свет управляет светом. Логические операции представлены как взаимодействие вещества со светом. В 1990 году фирма Bell создала макет оптического устройства и продемонстрировала выполнение логических и арифметических операций с очень высоким быстродействием. А в 2003 году компания Lenslet (www.lenslet.com) создала первый в мире оптический процессор, причем это была не демонстрационная модель, как в 1990 году, а коммерческий продукт, который можно было купить. Процессор называется EnLight256, его производительность составляет 8 тераоп (триллионов арифметических операций в секунду)! Операции выполняются за счет манипуляции потоков света, а не электронов, поэтому достигается такая производительность. У вас может возникнуть вполне справедливый вопрос: зачем нам такая производительность? Да, обычному пользователю она не нужна, но справедливости ради нужно отметить, что оптические процессоры пока и не ориентированы на обычного пользователя, который хочет, чтобы его XP работала шустрее, чем у соседа. Оптические технологии в первую очередь ориентированы (по крайней мере, сейчас) на промышленное производство, военную технику, где нужно в реальном времени обрабатывать большие потоки информации, где промедление в несколько сотых секунд может закончиться непоправимыми последствиями.

Преимущества

Рассмотрим преимущества оптической технологии:

• можно параллельно передавать целые изображения за один световой пучок;

• возможность использования совершенно разных сред передачи, хранения и обработки информации;

• обработка информации возможна во время ее передачи через оптическую систему, которая реализует вычислительную среду. Представляете, вы отправили картинку для ее обработки – она будет обработана почти мгновенно, потому что обрабатывается по мере прохождения через оптическую систему;

• информация, которая закодирована оптическим лучом, может передаваться без затрат энергии! Это действительно хорошо, ведь чем меньше затраты энергии, тем лучше;

• оптическая система не позволяет перехватывать информацию, поскольку ничего не излучает в окружающую среду;

• все эти преимущества достигаются благодаря тому, что в качестве носителей информации используются фотоны, а не электроны.

Первые оптические компьютеры

Как уже отмечалось, в 1990 году компания Bell (BellLabs) создала макет первого оптического компьютера. В основе процессора лежали двухмерные матрицы бистабильных полупроводниковых элементов со множествами квантовых ям. Эти элементы обладали электрооптическими свойствами (в англоязычной литературе встречается аббревиатура SEED – Self-Electro-Optic-Effect Devices). Освещение элементов производилось полупроводниковым лазером через голографическую решетку Даммена. Мощность излучения лазера составила 10 мВт, длина волны – 850 нм. Как это все работало? Свет проходил через один диод, в цепи возникал ток, что, в свою очередь, приводило к падению напряжения на структуре решетки и к повышению пропускания света через вторую структуру. Вот так возникала обратная связь, и совокупность элементов образовывала логические ячейки ИЛИ-И, ИЛИ-НЕ и т. д. Первый оптический компьютер занимал всего один квадратный метр. Состоял он из четырех каскадов. На выходе каждого каскада определялось пространственное распределение излучения по состоянию входящей в состав каскада жидкокристаллической маски. Управление маской производилось на обычном компьютере.

Во втором поколении оптических компьютеров использовалась век-торно-матричная логика. Второе поколение было представлено компьютером DOC–II (Digital Optical Computer).

Поток данных в компьютере DOC–II излучали 64 модулируемых лазерных диода, длина волны каждого составляла 837 нм. Свет от каждого диода отображался на одну строчку матричного пространственного модулятора, общий размер которого составляет 64 128 элементов. Отдельный элемент матрицы – это не что иное, как брэгговская оптическая ячейка (на основе GaP). Свет, который выходит из модулятора, попадает на целый ряд фотодиодов (128 штук). Посмотрите на фотографию DOC–II (рис. П2): в нем 8192 вспомогательных соединения. В секунду компьютер может сделать 0,8192 переключения, при этом на одно переключение затрачивается 7,15 фДж, если посчитать в фотонах, то это около 3000 фотонов. Понимаю, что все эти числа для вас – китайская грамота, хотелось бы реальный пример. Хорошо!

Рис. П2. Оптический компьютер DOC–II