Техника - молодёжи 1990-10, страница 14

При таких свойствах оптический переключатель SEED можно рассматривать как логический элемент, выполняющий комбинированную операцию «НЕ — ИЛИ». Но, как известно, эта операция универсальна, то есть она одна в разных сочетаниях реализует все три базовые логические функции — «И», «ИЛИ» и «НЕ». Значит, из одинаковых элементов SEED можно составить схемы обработки информации по любому нужному алгоритму.

В «беспроволочном процессоре» АТТ Белл световые переключатели соединяются в схеме с помощью масок — стеклянных пластинок с нанесенным рисунком из прозрачных и непрозрачных мест на пути всех 32 лучей — выходных сигналов от оптических элементов одного модуля, которые служат входными сигналами для элементов следующего модуля.

ТРУДНОСТИ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ...

Ближайшая задача разработчиков — резко увеличить вычислительную мощность светового калькулятора, то есть количество оптических переключателей. Их число в одном модуле собираются довести до 2048, а в будущем — создать стандартные блоки по 10 тыс. элементов.

Ожидается существенный прогресс и в быстродействии. Пока что частота световых импульсов, с которыми работают элементы SEED, составляет несколько сот килогерц, что сравнимо с показателями современных персональных компьютеров. Однако в ближайшем будущем, как надеется руководитель группы оптокомпьютеров АТТ Белл А. Хуань, рабочую частоту удастся увеличить на два порядка, а это уже близко к быстродействию суперЭВМ..

В ходе работ «всплывают» и совершенно специфические проблемы, не свойственные для электроники. Выяснилось, что отсутствие проводов не только благо. Поскольку световые лучи должны падать на микроскопические зеркальца строго прицельно, потребовалась субмикронная точность монтажа всех элементов конструкции и их предельная устойчивость к механическим и тепловым колебаниям.

При росте мощности беспроволочных компьютеров понадобятся, конечно, и более сильные источники света. Здесь тоже возникают свои проблемы.

Но главные трудности еще впереди. Рано или поздно придется переходить от экспериментальных образцов к промышленным и обеспечить успешную конкуренцию фотонных вычислительных устройств (ФВУ) с электронными на потребительском рынке. Ведь ЭВМ стали дешевыми, надежными и малогабаритными, вошли в быт только когда конденсаторы, сопротивления и транзисторы сменились интегральными микросхемами. Поэтому и для создания коммерческих ФВУ не обойтись без технологий массового производства высокоинтегрированных микросхем.

Правда, оказывается, что это не совсем неизведанная область. Ведь элементы SEED не только по материальной основе (арсенид галлия), но и по методу изготовления (молекулярная эпитаксия) очень близки к своим электронным конкурентам. Даже линзы, оптические решетки и маски в лабораториях АТТ Белл научились делать методами ионного и плазменного травления, которые также применяются в электронике. Значит, можно частично использовать уже накопленный опыт микроминиатюризации.

Не менее важно и другое. Если оба типа элементов имеют общую технологическую базу, то они в принципе могут сочетаться в одном устройстве. А в алгоритмах переработки информации, как уже говорилось, разницы и вовсе нет. Значит, имеются все возможности для создания гибридных схем, где электроны и фотоны трудились бы совместно. Это сотрудничество особенно выгодно, так как их достоинства хорошо дополняют друг друга.

Для начала можно было бы, например, делать электронные схемы с небольшими «оптическими островками», а потом постепенно расширять их. Правда, еще надо научиться создавать арсенид-галлиевые элементы SEED на кремниевой подложке, то есть на той

выход

Основные элементы светового вычислителя (схема). 1—лазерный диод, 2 — линза, 3 — светоделитель, 4 — оптический модуль, 5 — логические элементы SEED, 6 — маска.

же основе, что и микроэлектронные транзисторы.

Конечно, пока вопрос о реальных преимуществах световых систем перед электронными остается открытым; ответить на него может только практика. И этого ответа, как утверждают специалисты, придется ждать еще довольно долго. Но тем энергичнее разворачиваются исследования и разработки. Государственные органы и частные компании США, Японии и ФРГ выделяют на создание ФВУ сотни миллионов долларов. А американская фирма «Се-метекс», работающая по заданию министерства обороны, как сообщается, уже изготовила рабочий образец оптического компьютера для ВВС США.

Ну а что касается отдаленной перспективы, то ни у кого нет сомнений: фотонный мозг совершит настоящую революцию в информационной технологии.

По быстродействию он потенциально способен превзойти лучшие современные ЭВМ на три порядка. С помощью лазерных лучей сколько угодно процессоров (допустим, миллион) можно связать между собой в любых комбинациях и притом быстро перестраивать структуру этих связей. Другими словами, сложность и одновременно гибкость световых вычислительных систем едва ли не беспредельны. Они смогут перерабатывать колоссальные объемы информации с невероятной скоростью.

И это будет не просто количественный рост. При таких возможностях оптокомпьютеру станут доступными принципиально новые задачи. Например, прогнозирование сложных нестационарных процессов — от колебаний погоды и климата до массовых социальных явлений

Если электронные устройства хорошо работают лишь с информацией, закодированной в символической форме, то оптические системы смогут так же эффективно оперировать с образами — и зрительными, и звуковыми, и любой другой природы. Фотонный мозг, наряду со своими вычислительными талантами,— идеальный инструмент для распознавания и синтеза речи, изображений, жестов и т. д., то есть для непосредственного общения с человеком в самой естественной для него форме.

Очевидно, что ФВУ открывают неограниченные перспективы для создания нейроноподобных систем (см. статьи о них в № 5 за 1989 г. и в № 8 за 1990 г.).

И очень возможно, что именно фотонный, а не электронный суперкомпьютер с полным правом станет носить это почетное имя — мозг.

Но может быть, еще интеллектуальнее окажется фотонно-электронный гибрид?

12