Лекция 2. Оптические и оптоэлектронные компьютеры Бистабильные оптические и оптоэлектронные элементы. Обзор оптических и оптоэлектронных компьютеров. Типы и свойства. Перспективы оптических компьютеров. Квантовый компьютер.

Что может оптика? Частота светового излучения Гц Передача информации со скоростью света Большое число световых пучков могут свободно проходить по одной и той же области пространства, пересекаться и не влиять друг на друга Использование дву- и трехмерного характера световых полей

Основные параметры светового когерентного излучения Амплитуда (мин фот.) Фаза (как в электр.) Частота (10 15 Гц ) Поляризация (2 сост.) Число разрешаемых элементов в изображении (пикселов) (порядка длины волны)

Что такое оптический компьютер? Устройство обработки информации с использованием квантов света или фотонов. Концептуальная схема компьютера

Что есть оптическое в современном электронном компьютере Устройства ввода информации – оптический сканер, оптическая мышь Обмен информацией - инфракрасный порт, волокно Устройства вывода информации – лазерный принтер, дисплей, голографический (объемный) дисплей Память – долговременная память на перезаписываемых оптических дисках, магнитооптические диски, голографические диски Нет основного компонента - процессора

Типы оптических процессоров -Электронный процессор с оптическими межсоединениями -Аналоговый оптический процессор -Цифровой оптический процессор -Полностью оптический процессор -Оптический нейропроцессор?

Аналоговый оптический процессор Аналоговые операции

Голография

Зеркало 3 и 4 – устройства обращения волнового фронта Распознавание образов с помощью голографии

Цифровые оптические процессоры Оптический транзистор (1986 г.) Symmetrical self-electro-optical-effect device (S-SEED)

Один каскад оптического цифрового процессора

Параметры первого оптического процессора Разрядность – 32 бита (массив 4х8) Логика - бинарная Тактовая частота – 1,1 МГц Число переключений в секунду – 40 Мб/c. Энергия на одно переключение – 20 фДж

Оптоэлектронное устройство NOR

Оптическая реализация булевского умножения вектора на матрицу

Внешний вид оптического процессора DOC II Размер 48 х 36 см

Параметры DOC II Разрядность – 64 бита (массив 1х64) Логика - бинарная,булевская матрично-векторная Тактовая частота – 100 МГц Число переключений в секунду – 12,8 Гб/c. Энергия на одно переключение – 4 фДж

Поперечный разрез модуля высокопроизводительного оптоэлектронного компьютера (HPOC)

Внешний вид многокаскадного HPOC

Параметры HPOC Разрядность – 64 бита (массив 8х8) Логика - бинарная,булевская тензорно-матричная Тактовая частота – 1,2 ГГц Число переключений в секунду – 100 Тб/c. Энергия на одно переключение – 2,4 фДж

Оптические компьютеры

Полностью оптическая логическая ячейка. Нелинейный резонатор Фабри- Перо. а схема резонатора, б графический метод решения уравнения нелинейного резонатора, в бистабильная характеристика

Значения коэффициента п 2 нл время установления отклика

Ссписок литературы 1. Moore G.E. Progress in digital integrated electronics //IEEE IEDM Tech. Dig., 1975, P Meindl J.D. Low power microelectronics: retrospect and prospect //Proc. IEEE, 1995, V. 83, P McAulay A.D. Optical Computer Architectures: the Application of Optical Concepts to Next Generation Computers, John Wiley & Sons, New York, NY (1991). 4. Carts Y.A. Optical computing nears reality //Laser Focus World, 1990, V. 26, P Craft N.C., Prise M.E. Processor does light logic //Laser Focus World, 1990, V. 26, P McCormick F.B., Cloonan T.J., Tooley F.A.P., Lentine A.L., Saisan J.M., Brubaker J.L., Morrison R.L.,Walker S.L., Crisci R.J., Novotny R.A., Hinterlong S.J.,Hinton H.S., Kerbis E. Six-stage digital free- space optical switching network using symmetric self-electro-optic effect devices //Appl. Opt., 1993, V. 32, P Guilfoyle P. S., Zeise F.F., Stone R.V. DOC II: 32-bit digital optical computer, opto-electronic hardware and software //Proc. SPIE, 1991, V. 1563, P Guilfoyle P.S., Mitkas P.A., Berra P.B. Digital optoelectronic computer for textual pattern matching //Proc. SPIE, 1990, V. 1297, P Guilfoyle P.S., Rudokas R.S., Stone R.V., Roos E.V. Digital optical computer II: performance specifications //Optical Computing Technical Digest, 1991, P Guilfoyle P.S., McCallum D.S. High-speed low-energy digital optical processors //Optical Engineering, 1996, V. 35, P. A3-A9.