9.5. Выводы

Анализ возможностей масштабирования, проведенный в разд. 9.2, показывает, что большие значения ширины полосы частот и коэффициентов разветвления по выходу и объединения по входу волоконно-оптических ПЛМ обеспечивают работу в режимах, недоступных для электронных логических устройств. Принципиальным преимуществом ОПЛМ является способность рассеивать мощности на значительных площадях. В разд. 9.2

Рис. 9.10. а — вариант соединения ПЛМ с устройством логической предобработки данных в динамически программируемой ОПЛМ. б — таблица истинности для повторяющихся логических блоков, показанных в части а.

также показано, что и произведение числа межэлементных соединений на полосу частот, и произведение коэффициентов разветвления по выходу и объединения по входу на ширину полосы частот являются мерой производительности. Эти величины также пропорциональны произведению мощности, ширины полосы частот и чувствительности детектора. Таким образом, при постоянной ширине полосы частот мощность, необходимая .для достижения определенной производительности, оказывается прямо пропорциональной произведению коэффициентов разветвления по выходу и объединения по входу.

В разд. 9.3 сделан вывод о том, что для определенного уровня функциональной сложности использование декодеров высших порядков приводит к монотонному снижению полного числа термов произведения, или, что эквивалентно, сложности вычислений. Напротив, производительность, а также мощность и энергия, требуемые для конкретных вычислений, имеют отчетливый минимум. Для эффективной работы, таким образом, требуется оптимальное согласование типа декодера и сложности функции, которую надо вычислить. Для многих задач степень сложности оптимального декодера может быть настолько велика, что не может быть реализована на основе ОПЛМ. К счастью, существует сравнительно простой способ синтеза генератора функций на основе электронных чипов ЗУПВ или ПЛМ, дающих возможность обойтись одним выходным каналом, который для определенных термов произведений эквивалентен целой группе выходных каналов декодера. Повторяя процедуру для каждого из входов минимизированной таблицы истинности и соответственно после нахождения И и ИЛИ входов, можно реализовать очень большие таблицы истинности, используя при этом сравнительно малое число электронных чипов предварительной обработки, а также располагая сравнительно скромными возможностями ОПЛМ во втором каскаде. Суммарный эффект применения этого метода работы с таблицей истинности состоит в существенном снижении требований, предъявляемых к коэффициентам объединения по входу и разветвления по выходу самой ОПЛМ. Тем самым удается обойти необходимость применения в реальных устройствах сложных декодеров. Путем подходящей замены (в функциональных генераторах) коэффициентов разветвления по выходу и объединения по входу для электронных устройств на коэффициенты для оптических ОПЛМ удается сдвинуть оптимальную область порядка (сложности) декодера в сторону значитёльйо больших величин. В качестве примера рассматривается ситуация, в которой для многих функций сорока переменных процедура синтеза, проводимая с помощью двух 20-разрядных декодеров, дает менее 1000 минимизированных произведений. В этих условиях, в большинстве случаев оказывается достаточным использовать каскады

предварительной обработки, состоящие из приемлемого числа чипов ЗУПВ, работающих с 20 переменными (1 Мбит). По мере того как становятся доступными чипы предварительной обработки с большими плотностями, можно ожидать возрастания потенциальных возможностей ОПЛМ в геометрической прогрессии. Например, использование двух 24-разрядных декодеров должно обеспечить возможность получения большого числа функций 48 переменных на основе ОПЛМ со скромными возможностями и приемлемым числом чипов предварительной обработки.

Проблема синтеза представляет собой совсем другую задачу. Процесс логической минимизации требует столь интенсивных вычислении, что для проведения минимизации в задачах с более чем 30 переменными требуются суперкомпьютеры. Методика ОПЛМ тогда оказывается в трудной ситуации, будучи в настоящее время неспособной реализовать свои возможности в полной мере отнюдь не из-за ограниченных возможностей технологии ОПЛМ, но скорее из-за ограниченных возможностей технологии электронных вычислительных устройств. Для некоторых функций, как, например, в случае перекрестных переключателей или динамических программируемых логических матриц, их минимизированные варианты являются настолько простыми, что они могут непосредственно быть получены при проверке представленных данных. В этих ситуациях можно ожидать, что ОПЛМ будут способны работать в режимах, использующих сотни переменных входных сигналов. Следует заметить, что униполярные пороговые функции с 1-разрядными весовыми коэффициентами также могут быть синтезированы сравнительно просто вследствие симметрии в минимизированных термах произведения и из-за взаимнооднозначного соответствия этих термов с биномиальными коэффициентами.

Недавно проведенные эксперименты указывают, что реально достижимы большие значения коэффициентов разветвления по выходу и объединения по входу и производительности вычисления [32]. В данном разделе были подчеркнуты потенциальные возможности волоконно-оптических ПЛМ с точки зрения производительности. На практике такие системы могут оказаться важными даже в ситуациях, требующих сравнительно малого числа операций И и ИЛИ. Одна из таких ситуаций может возникнуть, например, в сложных логических цепях, построенных с помощью соединений многих чипов. Когда длина соединений между электронными логическими чипами превышает 6 дюймов, маленькие волоконно-оптические ПЛМ могут оказаться просто незаменимыми. Гибридное второе поколение архитектур этого типа детально описано, например, в [16]. В другом предельном случае, если размер ОПЛМ существенно увеличен, то должна уменьшиться ширина полосы частот. При

ширине полосы частот менее 100 МГц может оказаться полезным ввести в структуру ОПЛМ электронное запоминающее устройство. При указанных обстоятельствах достаточно обоснованными представляются ожидания, что специализированные архитектуры, использующие группы таких блоков, могут быть разработаны для того, чтобы обеспечить мощные универсальные вычислительные ресурсы.

Проблематичными являются вопросы о том, будут ли эти системы успешно развиваться как одиночные устройства или как процессоры и будут ли они называться оптическими или электронными; тем не менее современные тенденции дают основания полагать, что системы межэлементных соединений оптоэлектронных устройств будут играть все более важную роль в развитии будущих компьютерных систем.