Новости

May 08, 2023

Оптические вычисления: сила света

Молли Ло

Молли Ло

@TechHQ

молли@hybrid.co

Источник: Шаттерсток

• Оптические компьютеры работают посредством фотонной передачи. • Они могут быть быстрыми, с минимальными потерями тепла во время передачи. • Существуют разногласия по поводу перспектив фотонной технологии.

Оптические вычисления быстро становятся крупным игроком, особенно в сфере искусственного интеллекта. Вас можно простить за то, что вы никогда об этом не слышали, но здесь задействованы лазеры и скорость света, так почему бы не узнать больше?

Оптические компьютеры, также известные как фотонные компьютеры, выполняют цифровые вычисления, используя, как вы уже догадались, фотоны. Световые волны, создаваемые лазерами или некогерентными источниками, используются в качестве основного средства для проведения численных расчетов, рассуждений, искусственного интеллекта, обработки данных, хранения данных и передачи данных для вычислений.

Как и любому компьютеру, оптическому компьютеру для хорошей работы необходимы три вещи:

История оптических вычислений связана с развитием радиолокационных систем. В 1960-е годы с изобретением лазера были предложены первые схемы полностью оптического компьютера, а с 1990-х годов акцент сместился на оптическое соединение массивов полупроводниковых интеллектуальных пикселей.

Традиционные компьютеры используют электроны для выполнения вычислений, но фотоны способны обеспечить более высокую пропускную способность; видимые и инфракрасные (ИК) лучи текут друг через друга, не взаимодействуя, в отличие от электронов, поэтому их можно ограничить фактически двумерными вычислениями.

Трехмерная проводка необходима в традиционных компьютерах для направления электрических токов друг вокруг друга. Таким образом, фотонный компьютер может быть меньше, чем его более распространенный аналог. Как и традиционные вычисления, оптические компьютеры используют логические элементы и двоичные процедуры для выполнения вычислений, но способы выполнения этих вычислений различаются.

Оптические вычисления могут обеспечить столь же эффективные и надежные вычисления, как и кремниевые каналы и медные провода, которые позволяют функционировать электронным компьютерам, за счет использования плазмонных наночастиц. Кроме того, отсутствие физических проводов означает, что оптические компьютеры менее подвержены повреждениям из-за тепла или вибрации.

Поскольку фотонами можно легко манипулировать и контролировать, фотонные компьютеры работают быстрее и эффективнее. Движения фотонов можно направлять и контролировать таким образом, чтобы они могли поворачивать за угол и продолжать движение без значительной потери мощности. Свет можно легко удержать и он теряет меньше информации во время движения, что особенно полезно в ситуациях, когда межсоединения могут нагреваться, что замедляет движение электронов.

Фотоника имеет высокую пропускную способность > 1 ТБ/с на канал (их может быть много в непосредственной близости) по сравнению с пропускной способностью медного провода 1 ГБ/с на канал.

Есть надежда, что использование света или передачи информации приведет к разработке экзафлопсных компьютеров. Экзафлопсные компьютеры могут выполнять миллиарды вычислений каждую секунду, в 1000 раз быстрее, чем современные самые быстрые системы.

Итак, мы можем взвесить преимущества и недостатки этого альтернативного режима следующим образом:

Преимущества оптических вычислений:

Недостатки:

Среди исследователей существуют разногласия, когда речь идет о возможностях оптических компьютеров. Смогут ли они конкурировать с электронными компьютерами на полупроводниковой основе с точки зрения скорости, энергопотребления, стоимости и размера — вопрос открытый.

Критики утверждают, что реальные логические системы требуют «восстановления логического уровня, каскадности, разветвления и изоляции ввода-вывода», и все это в настоящее время обеспечивается электронными транзисторами при низкой стоимости, малой мощности и высокой скорости. Чтобы оптическая логика была конкурентоспособной за пределами нишевых приложений, потребуются серьезные прорывы в технологии нелинейных оптических устройств или даже изменение самой природы вычислений.