5.4. Заключение
Архитектура с фемтосекундными ультракороткими импульсами, для которой на рис. 5.11 дана принципиальная схема, является подходящим объектом для изложения заключительных замечаний, связанных с пороговым кодированием и взвешиванием в оптических вычислениях. В данной разработке входные данные, включающие информацию об управлении и программировании, закодированы во входном пучке с помощью пространственной и временной модуляции. Оптическая матрица соединений (содержащая голограммы, линзы и т. д.) выполняет операции взвешивания, а матрица нелинейных пороговых устройств (как правило, выполняющая усиление сигнала) осуществляет операции порогового кодирования. Оптическая длина пути в цепи обратной связи превращает все устройства в последовательную вычислительную систему, в которой модулированные по координатам и времени фемтосекундные импульсы света могут циркулировать как «на конвейере». Синхронизация осуществляется либо асинхронно, с тактовой частотой, задаваемой временем пробега в петле обратной связи, либо синхронно, используя внешние тактовые сигналы. При сравнительно низких частотах электрические входные сигналы, подаваемые в нелинейное матричное устройство или в матрицу соединений (в последнем случае, возможно, через электрооптически управляемую решетку), могут подаваться в дополнение к оптическим входным, управляющим и программирующим данным.
Как показано в разд. 5.3.2, архитектура фемтосекундных импульсов эквивалентна схеме пороговых элементов с обратной связью. В некоторых вопросах она эквивалентна схемам, в которых соединения для чисто электронных логических
Рис. 5.11. Общий вид архитектуры устройства для оптических вычислений, в котором используются фемтосекундные ультракороткие импульсы света и внутреннее пороговое кодирование.
вентилей осуществляются оптически, например, в случае оптической междучиповой связи в СБИС [40]. В заключение заметим, что приведенная архитектура исследовалась в связи с нейронными системами [41, 42], которые, как упомянуто в 5.1.1, могут иметь исключительно «интеллектуальные» и гибкие рабочие характеристики. Для любой из этих интерпретаций (и обычно для архитектур, использующих матрицы логических устройств) рассеяние мощности является фактором, ограничивающим выбор рабочих режимов. Например, при максимальной рассеиваемой мощности в 
минимальной площади устройства в 
и минимальной энергии переключения на единицу площади в 1 фДж/мкм2 (что соответствует обоснованно ожидаемым характеристикам современной технологии GaAs [32]) удается получить около 
логических операций в секунду на квадратный сантиметр (
), что по величине на два порядка больше, чем намечается получить согласно нынешним планам работ по СБИС. Однако если энергопотребление не представляет столь серьезной проблемы, что может быть либо в случае работы в режимах с малой нагрузкой, либо во «взрывном» режиме, то при минимальных переключающих временах в 
возможно получить приблизительно 
переключений - Гц/см2.
В данной главе обсуждались возможности оптических вычислений в рамках представлений о взвешивании и пороговом кодировании, и приведены простые примеры схем с внешним и внутренним пороговым кодированием. Основная особенность оптических методов заключается в том, что они имеют превосходство в реализации соединений или операций взвешивания, но могут не обладать существенными преимуществами над чисто электронными методами при принятии решения или операциях порогового кодирования. Задача исследователей, таким образом, состоит в определении таких архитектур оптических вычислительных устройств, которые позволяют в наибольшей степени использовать возможности систем межэлементных соединений и реализуют преимущества оптических методов.
Часть исследований, рассмотренных в данной главе, получила финансовую поддержку программой СОИ, Агентством по инновации науки и технологии согласно контракту с управлением исследованиями ВМС № 00014-85-К-0479.
