Однако началу работ над созданием такого типа процессоров предшествовали несколько серьезных работ в области оптических квантовых генераторов, по-нашему – лазеров (рис. П1). Не посчитайте меня занудой: сейчас будет немного хронологии, просто это интересно знать.
В 1964 году Прохоров, Басов и Таунс получили Нобелевскую премию за свою работу, которая произвела настоящую революцию в квантовой электронике. После этой работы стало возможным создание квантовых генераторов и усилителей, основанных на лазерном принципе. А в 1971 году Д. Габор получил премию за изобретение голографического метода. Сейчас голография применяется в картографии, медицине, при диагностике сбоев в различных устройствах, а также в других отраслях.
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
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
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!
Представьте, что нам нужно найти какое-то слово в тексте. Я провел небольшой эксперимент. Тестовая система Duron 1,6/256 MB/Win XP SP1, запущено более 50 процессов. Взял документ MS Word на 954 страницах, написал заветное слово на 953-й странице (такое слово было только одно в документе). Запустил поиск этого слова и одновременно нажал кнопку «Старт» на своем секундомере. Поиск занял чуть больше 3 секунд (а именно 3,175), будем считать, что 3 секунды – ведь мне еще нужно было нажать «Стоп». Тут даже не принципиально, 2 или 3 секунды. Потому что оптический компьютер просматривает за ОДНУ секунду 80 000 страниц обычного ASCII-текста. Думаю, комментировать дальше просто нет смысла. Основной недостаток оптического компьютера – неинтегрируемость его компонентов. В настоящее время ведутся работы по созданию интегрального модуля оптического компьютера. Компьютер будет называться High Performance Optoelectronic Communication – HPOC. Опытная его модель уже создана.
В новом компьютере планируется использовать входную матрицу с вертикально расположенными лазерными диодами. Диоды будут соединяться волноводами и обычной оптикой, оснащенной матрицами переключения, на основе дифракционных оптических элементов. Выходная система будет состоять из матрицы фотодиодов, которая будет совмещена с входной матрицей. В модуле используются технологии CMOS, Bi-CMOS, GaAs, оптические межсоединения организованы с использованием свободного распространения световых пучков. В итоге получается квазичетырехмерная структура. Уже создана опытная система. Она показывает скорость 1015 операций в секунду, причем «кушает» энергии всего 1 фДж на переключение (сравните с DOC–II – там 7 фДж). Что же касается веса, то пока нынешние оптические системы в этом проигрывают – их вес превышает используемые сейчас чипы. Конечно, до размеров и веса суперкомпьютеров пятидесятых не дойдет, но оптический ноутбук будет больших размеров (если он вообще
