Денис Колисниченко - Компьютер. Большой самоучитель по ремонту, сборке и модернизации

• www.overclockers.ru– сайт, посвященный разгону компьютера (процессора, памяти, видеокарты). На сайте имеется постоянно пополняемая база разгона. Вы можете выбрать ваш процессор и узнать его практический (а не теоретический) предел.

Все мы понимаем, что рано или поздно кремниевая технология, используемая сегодня для создания процессоров, достигнет своего предела. Это как с нефтью – когда-то она закончится, поэтому уже сейчас начинают создавать электродвигатели, водородные двигатели и даже спиртовые двигатели! Точно такая же ситуация сложилась и в мире информационных технологий – кремниевой технологии начинают искать замену. Причем на рассмотрение предлагаются абсолютно разные варианты замены – от биокомпьютера до оптических процессоров. Стоп! А что это такое? Вряд ли у каждого из нас на столе, скажем, через десять лет будет стоять компьютер из бактерий, а вот то, что в компьютере будущего будет установлен оптический процессор, – вполне реально. Сейчас мы поговорим об этом чуде рук человеческих, от истории до принципов работы. Правда, чтобы все было понятно, нужно немного знать оптику (это наука о свете). Я постараюсь изложить все как можно проще, но что будет совсем просто, не надейтесь.

Вы не должны думать, что оптический процессор появился из ниоткуда. Просто его появление не афишировалось, поскольку все процессоры создавались и продолжают создаваться по кремниевой технологии. А на самом деле работы по созданию оптического процессора начались еще в восьмидесятых. И не потому, что уже тогда кремниевую технологию хотели заменить более совершенной, а просто ради интереса – почему бы не создать альтернативный тип процессора?

Однако началу работ над созданием такого типа процессоров предшествовали несколько серьезных работ в области оптических квантовых генераторов, по-нашему – лазеров (рис. П1). Не посчитайте меня занудой: сейчас будет немного хронологии, просто это интересно знать.

В 1964 году Прохоров, Басов и Таунс получили Нобелевскую премию за свою работу, которая произвела настоящую революцию в квантовой электронике. После этой работы стало возможным создание квантовых генераторов и усилителей, основанных на лазерном принципе. А в 1971 году Д. Габор получил премию за изобретение голографического метода. Сейчас голография применяется в картографии, медицине, при диагностике сбоев в различных устройствах, а также в других отраслях.

А теперь вернемся к тем восьмидесятым, с которых все и началось. Исследователи по оптической электронике начали работать над созданием оптического процессора нового поколения. Оптический процессор должен был использовать специальные элементы, в которых свет управляет светом. Логические операции представлены как взаимодействие вещества со светом. В 1990 году фирма Bell создала макет оптического устройства и продемонстрировала выполнение логических и арифметических операций с очень высоким быстродействием. А в 2003 году компания Lenslet ( www.lenslet.com) создала первый в мире оптический процессор, причем это была не демонстрационная модель, как в 1990 году, а коммерческий продукт, который можно было купить. Процессор называется EnLight256, его производительность составляет 8 тераоп (триллионов арифметических операций в секунду)! Операции выполняются за счет манипуляции потоков света, а не электронов, поэтому достигается такая производительность. У вас может возникнуть вполне справедливый вопрос: зачем нам такая производительность? Да, обычному пользователю она не нужна, но справедливости ради нужно отметить, что оптические процессоры пока и не ориентированы на обычного пользователя, который хочет, чтобы его XP работала шустрее, чем у соседа. Оптические технологии в первую очередь ориентированы (по крайней мере, сейчас) на промышленное производство, военную технику, где нужно в реальном времени обрабатывать большие потоки информации, где промедление в несколько сотых секунд может закончиться непоправимыми последствиями.

Рассмотрим преимущества оптической технологии:

• можно параллельно передавать целые изображения за один световой пучок;

• возможность использования совершенно разных сред передачи, хранения и обработки информации;

• обработка информации возможна во время ее передачи через оптическую систему, которая реализует вычислительную среду. Представляете, вы отправили картинку для ее обработки – она будет обработана почти мгновенно, потому что обрабатывается по мере прохождения через оптическую систему;

• информация, которая закодирована оптическим лучом, может передаваться без затрат энергии! Это действительно хорошо, ведь чем меньше затраты энергии, тем лучше;

• оптическая система не позволяет перехватывать информацию, поскольку ничего не излучает в окружающую среду;

• все эти преимущества достигаются благодаря тому, что в качестве носителей информации используются фотоны, а не электроны.

Как уже отмечалось, в 1990 году компания Bell ( BellLabs ) создала макет первого оптического компьютера. В основе процессора лежали двухмерные матрицы бистабильных полупроводниковых элементов со множествами квантовых ям. Эти элементы обладали электрооптическими свойствами (в англоязычной литературе встречается аббревиатура SEED – Self-Electro-Optic-Effect Devices). Освещение элементов производилось полупроводниковым лазером через голографическую решетку Даммена. Мощность излучения лазера составила 10 мВт, длина волны – 850 нм. Как это все работало? Свет проходил через один диод, в цепи возникал ток, что, в свою очередь, приводило к падению напряжения на структуре решетки и к повышению пропускания света через вторую структуру. Вот так возникала обратная связь, и совокупность элементов образовывала логические ячейки ИЛИ-И, ИЛИ-НЕ и т. д. Первый оптический компьютер занимал всего один квадратный метр. Состоял он из четырех каскадов. На выходе каждого каскада определялось пространственное распределение излучения по состоянию входящей в состав каскада жидкокристаллической маски. Управление маской производилось на обычном компьютере.

Во втором поколении оптических компьютеров использовалась век-торно-матричная логика. Второе поколение было представлено компьютером DOC–II (Digital Optical Computer).