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      5. 浅谈光子计算机的利用

        作者:佚名 来源:网络文档 时光:2019-01-07 09:02 浏览:381 [投稿]
        介绍了光子计算机的概述,研究状况,光子计算机的光器件与光路,光子计算机的特点。

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        以计算机为代表的信息家当突飞大进,成长速度惊人,今朝已广泛利用在人类社会的各行各业。本文浅谈当前电子计算机的运算速度遭到了多种身分的制约,介绍了光子计算机的概述,研究状况,光子计算机的光器件与光路,光子计算机的特点。 

        关键词:光子学;光子计算机;光子元件;集成光路 

        引言

        今朝,世界上技巧先辈的国度正在大年夜力开辟第五代计算机,个中一个重要的动向是抓紧研制光子计算机。科学家认为,第五代计算机请求具有高很多的运算速度和加倍丰富的逻辑处理体系,而光子计算机可以较好地满足这些请求[1-2]。

        20世纪40年代,美国宾夕法尼亚大年夜学(University of Pennsylvania)第一台电子计算机产生今后,尔后几十年间,计算机制造工艺在赓续的变革中高速成长。计算机体系的汗青重要有以下成长阶段电子管时代、晶体管时代、集成电路时代和超大年夜范围集成电路时代。

        1.电子计算机遭到的制约

        随着信息技巧的赓续成长,计算机已在人类社会的各行各业赓续利用着,在计算机技巧的赓续进步的过程当中,计算机家当的成长速度超出了人们预感。在人类社会各行各业的赓续利用中,对计算机性能提出了越来越高的请求,例如复杂体系模仿、海量数据发掘、人工智能、精确制导体系等,其对运算速度的请求达到1012次以上,对数据量的请求异常大年夜[3-4]。电子计算机的以下这些特点,限制了电子计算机的运算速度:

        (1)冯·诺依曼(John von Neumann)的串行“瓶颈”问题,造成数据输入与处理须要消费大年夜量的时光,使电子计算机的计算处理速度不克不及进一步晋升,就像一个小口瓶里面的水,只能从瓶口渐渐地流出。

        (2)带宽有限问题,对信息传输体系来讲载波频率和旌旗灯号频率带宽之比为100:1,微波频段内,电旌旗灯号的频率范围在103兆赫兹-104兆赫兹,因此,传输信息时它的频率带宽是10兆赫兹-102兆赫兹。为了改良电子计算机的处理速度,我们让旌旗灯号脉冲的距离尽可能小,须要把每个脉冲脉宽变窄,才不致于使旌旗灯号相互重合而分不开。由于脉宽越窄,频率带宽会变宽,电子计算机的频带宽度不是无穷的,请求旌旗灯号的脉宽不克不及过窄,同时在传输过程当中脉冲将会展宽,使得电子计算机的运算速度进步是艰苦的。

        (3)时钟倾斜问题,这是由于超大年夜范围集成电路的元器件数量大年夜,各部件同步时钟到各元件的距离差别比较大年夜,达到的旌旗灯号须要等待未达到的旌旗灯号,联接距离一大年夜,时光就变得很长。

        (4)电阻电容电路问题,由于电阻电容电路的响应时光τ-RC,平日为10-9秒,这就阻碍了我们的核心元件―双稳态触发器的转换速度,使传输速度和处理速度不克不及进步。

        由于电子计算机以上这些阻碍运算速度的缺点,这些年,研究新的构造的计算机――光子计算机的专家赓续出现。

        2.光子计算机

        2.1 光子计算机概述

        光子计算机是靠光而不是靠电来运行的,而光子活动的速度要比电子快很多。光子计算机速度异常快,要比已制造的高速电子计算机(每秒13亿次)快上千倍。从理论上说,电子活动的速度可以接近光子,即每秒30万千米,但在硅芯片上电子的实际速度还不到光速的1%。光子计算机是一种经过过程光旌旗灯号来进行信息存储、处理、运算、操作的新型计算机。1969年,研究光子计算机这一巨大年夜征程由美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的研究者拉开了序幕,第一台光子计算机在1984年6月制造出来,这是由国际商用机械公司研发的,是一台可以或许正常工作的光子计算机,只是它必须工作在接近绝对零度的情况下。贝尔实验室在1990年制造了一台光子计算机,它由棱镜、透镜和激光器等元器件完成,贝尔实验室走出了光子计算机的关键办法。由欧盟的几个高校合作,已开辟完成的光子计算机,处理速度是电子计算机的1000倍。光子计算机重要有三大年夜类:光模仿旌旗灯号计算机(也叫光模仿机)、全光数字旌旗灯号计算机(也叫光数字机)、光智能情势计算机,光子计算机肇端于模仿机,模仿机具有并行快速计算和大年夜信息容量的特点,在威尼斯国际娱乐网站信息范畴(如光编码测距)取得利用[6]。1990年至今,我们设计的全光子计算机,构造根本都是按照电子的传统的计算机来设计的,它用光控制器、光存储器和光运算器组合而成,相互之间和各自内部以光互连这类方法来通信。如今全光数字计算机处在研究过程当中,要用到的相干技巧困难已有了答案,重要问题是若何开辟更高利用率的威尼斯国际娱乐网站元器件。光神经网络计算机处理研究中,它具有人工智能的系列长处,带给研究人员极大年夜兴趣,光神经网络计算机的研究同时取得了异常好的进展[7]。然则理论模型还须要进一步细化,要研制出利用率更高的空间调制器和性能更好的光开关列阵,其实真正实用的光子计算机还有很多路要走。当前全光数字计算机与光电混淆计算机正在赓续成长,数字光计算的研究将成为所须要的光电器件的重要支撑。 

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