Процессор под лупой

Денис Колисниченко

Спецвыпуск: Хакер, номер #055, стр. 055-012-3

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, совмещенной с входной матрицей. В модуле используются технологии CMOS, Bi-CMOS, GaAs, оптические межсоединения организованы с помощью свободного распространения световых пучков. В итоге получается квазичетырехмерная структура. Уже создана опытная система, которая показывает скорость 1015 операций в секунду, причем "кушает" энергии всего 1 фДж на переключение (сравни с DOC-II - там 7 фДж).

Что же касается веса, то существующие оптические системы в этом проигрывают и весят больше используемых сейчас чипов.

EnLight 256

Единственный существующий сейчас коммерческий оптический процессор EnLight 256, созданный фирмой Lenslet, уже можно купить. Этот процессор является первым оптическим DSP (Digital Signal Processor), который в три раза превосходит лучшие электронные DSP. Если говорить точнее, EnLight256 - это гибридный оптический процессор, содержащий преобразователи. Создать полностью оптический компьютер пока слишком дорого. Простая замена ядра с сохранением всех остальных электронных компонент позволяет получить огромный прирост производительности.

Ядро этого процессора - оптическое, а входная и выходная информация представляется в электронном виде. Ядро состоит из 256-ти VCSEL-лазеров, пространственного модулятора света, набора линз и приемников. Производительность процессора составляет 8 триллионов операций в секунду: за один такт (8 нс) процессор умножает 256-байтный на матрицу 256х256.

Организация технологии Lenslet позволяет использовать лучшее из оптического и электрического миров. Оптическая матрица VMM (Vector-Matrix Multiplication), ядро процессора, конвертирует электрическую информацию в свет, затем производит необходимые преобразования этой информации, направляя свет через программируемую внутреннюю оптику. Свет, который появляется на выходе, ощущается множеством датчиков и преобразуется снова в электрический сигнал.

VMM состоит из трех основных элементов:

1. N не-когерентных лазеров, которые представляются как вектор, состоящий из N элементов, каждый элемент - это 8 бит.

2. Пространственного модулятора Multiple Quantum Well (MQW), состоящего из NxN пикселных модуляторов, размещенных на одном чипе.

3. Ряда из N детекторов света, которые интегрированы в массив аналогово-светового преобразования (Analog to Digital Converters, ADC). Детекторы установлены так, чтобы получать лучи от матрицы модулятора. Вывод столбца детектора - это вектор-результат.

Каждый элемент входного вектора проектируется на столбец матрицы. Каждый ряд матрицы проектируется на один детектор в векторе результата (вывода).

Программирование оптического цифрового сигнального процессора (Optical Digital Signal Processing Engine, ODSPE) заключается в изменении значений, которые сохранены в пространственном модуляторе (Spatial Light Modulator, SLM). Загрузка приложения (или данные внутри приложения) аналогична замене матрицы в пространственном модуляторе. Можешь догадаться сам, как быстро это происходит. Кстати, пространственный модулятор может поставляться как отдельный продукт, так что ничто не помешает тебе (наверное, кроме отсутствия нужных средств) создать свой оптический процессор. Этот модулятор называется Ablaze, и о нем можно прочитать на сайте компании Lenslet.

EnLight256 уже сейчас широко используется. Основные сферы его применения - это военная промышленность и обработка видео в реальном времени. Эти сферы требуют высокой производительности. Представь, что будет, если при вычислении угла отклонения ракеты компьютер немного "задумается"… ;-).-).