ОБЗОР МОДЕЛЕЙ КОММУТАЦИОННЫХ ПОДСИСТЕМ ЦИФРОВЫХ ФОТОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Аннотация

Рассматриваются варианты организации подсистемы коммутации цифровых фотонных вычислительных устройств, основной задачей которой является обеспечение возможности орга- низации эффективных вычислений при решении задач различных проблемных областей. По мнению авторов, цифровые фотонные вычислители должны обрабатывать информацию в структурной парадигме вычислений. Данная парадигма принципиально отличается от классической фон- Неймановской парадигмы, поскольку в ней передача данных между функциональными элементами не расторжима с обработкой. Поэтому проблематика построения подсистемы коммутации в разрабатываемых цифровых фотонных вычислительных устройствах – одна из ключевых. Данная подсистема должна обрабатывать информационные зависимости между выполняемыми опера- циями не только во времени, но и в пространстве. Только в этом случае обработка данных в фо- тонных вычислительных системах будет выполняться с производительностью, превосходящей на два и более десятичных порядка производительность самых современных электронных вычисли- тельных систем. Рассматриваются вопросы обеспечения потокового обмена данными между функциональными устройствами в цифровом фотонном вычислителе. Авторы разработали и проанализировали в базисе фотонной логики модели коммутационных устройств и способы орга- низации коммутационной подсистемы при выполнении последовательной обработки данных. В ходе исследований было установлено, что структурная организация вычислений в цифровых фотонных вычислителях возможна при обеспечении обмена данными посредством пространст- венной коммутации входных и выходных каналов функциональных устройств. При реализации цифровых фотонных вычислителей как универсальных устройств, ориентированных на широкий класс задач, наиболее удобными для организации вычислительных структур будут иерархический и иерархическо-кольцевой варианты подсистемы коммутации. Однако данные варианты харак- теризуются высокими накладными расходами на построение коммутаторов. Поэтому в проблем- но-ориентированных фотонных вычислителях, предназначенных для решения сильносвязанных задач с высокой удельной производительностью, более предпочтительно применение ортогональ- ной или тороидальной подсистемы коммутации. В этом случае должна обеспечиваться непосред- ственная пространственная коммутация между функциональными устройствами одной группы, а также между группами. Данные варианты характеризуются более высокими требованиями к качеству формирования физических каналов между коммутаторами и функциональными устрой- ствами, а также между самими коммутаторами.