توانايي مهار سوئيچينگ (كليد زني)

مقدمه

 

همه اتصالات نوري و توانايي مهار سوئيچينگ (كليد زني) نور در حال حاضر هدفي مقدس است كه توسط محققان بسياري در سر تاسر جهان جستجو مي شود. به صورت گسترده پذيرفته شده است كه حل اين مشكل جاده هاي جديدي براي گسترش بيشتر پيشرفت هاي تكنولوژي بوجود مي آورد كه بسيار شبيه اختراع ترانزسيتور در اين قرن است.

من فرض كردم كه باورmoore هنگامي كه رشد و دستيابي ic را در سالهاي گذشته پيش بيني كرد، دشوار بود، ولي پيش بيني هاي او واقعاٌ تا اينجا به حقيقت پيوسته است و امروزه بسياري از ما قانون او را پذيرفته ايم. اكنون دشوار است كه تصوركنيم اين روند در حال افزايش زماني زماني متوقف خواهد شد. اگر چه اندازه   هميشه رو به كاهش و پيچيدگي در حال افزايش ic ها به بحراني در پردازش اطلاعات تبديل شده است. سيستم هاي vist حاضر و عناصر سلسله مراتبي كه آنها شامل مي شوند اگر چه بسيار سريع مي باشند و قادرند عمليات غير خطي پيچيده را انجام دهند- ماشينهاي سريالي هستند كه مي بايست بر ارتباط گسترده بين بسياري از عناصر براي برآمدن از عهدة بسياري از مشكلات تكيه كنند كه به صورت ذاتي ، موازي و چند بعدي هستند . مشكل اصلي اين است كه كارايي يك پردازنده توسط سرعت و پيچيدگي اتصالات آن كنترل مي شود تا توسط گيت هاي الكتونيكيو معماريهاي معمولي سيستمي كه مورد نيازند.

درك اتصالات الكترونيكي به صورت فزاينده اي دشوار و طاقت فرسا است و اينكه سيم ها به جاي گيت ها، بيشتر فضاي تراشه را در بر گيرند،غير عادي نيست و انرژي بسياري براي الگوريتم هاي بهينه سازي اين آرايش صرف مي شود. اين فقط يك راه حل موردي است ولي مسئله هنوز باقي است،در ذات فرد اساسي است: مسير هاي الكترونيكي بدون فعل و انفعال نمي توانند از روي هم عبور كنند كه خصوصيتي است كه عمليات يك گيت غير خطي الكترونيكي را ممكن مي سازد . عكس اين مورد براي سيگنال هاي نوري صادق است و در نتيجه كاوش معماري هاي نوري الكترونيكي دو گانه (woeic  ) طبيعي است كه از توان اتصالات نوري بين عناصر الكتريكي قدرتمند محاسباتيبهره گرفت از نور به مدت زيادي به عنوان حامل اطلاعات از طريق فيبرهاي مخابراتياستفاده مي شده است

ولي فقط براي اتصال شبكه هاي كامپيوتري و سيستمهاي بزرگ كه در آنها پردازش اطلاعات رخ مي دهد. علم نوري در بسياري از موارد در مخابرات مادون قرمز در فضاي آزاد كه امروزه توسط دستگاه هائ بسياري به صورت گسترده استفاده مي شود تمايل بكارگيري ارتباطات نوري در هر جائي ممكن

است به اتصالات برد به برد يا تراشه به تراشه در حال حاضر توسط فيبرهاي

نوري يا آينه هايmems   ممكن مي باشند هدف تركيب كردن اتصالات درون

تراشه اي است كه مشكل هميشه ناهنجار سيستمهاي الكترونيكي را حل خواهد كرد . سرعت و راحتي تنها مزاياي علم نوري نيستند مي بايست پردازشهاي نوري

آنالوگ را همچون فيلترهاي كلاسيك vander  lugh  در نظر گرفت تا درك كرد كه پتانسيل واقعي علم نوري كجا خوابيده است ماشينهائي مانند اين داراي توانائي انجام لحظه اي عمليات معين بر روي تصاوير و يا مجموعه داده هاي دو بعدي را دارند چرا كه آنها به آساني توسط انتشار نور حمل و پردازش مي شوند

هيچ ساخته مصنوعي مانند مسيرهاي بي پايان بيت ها براي پردازش اين اطلاعات

مورد نياز نيستندمشكل از طرف ديگر اين است كه پردازنده هاي موازي نوري سنتي مي توانند فقط يك عمليات را انجام دهند و فاقد عموميت كاربرد يك پردازنده سريال الكترونيكي هستند

از اين مشاهدات سريع و منطقي به نظر مي رسد كه خلق زوجي از اين  دو وساخت بهترين آنها مناسب است . به دليل توازي موروثي متصل به انتشار

پردازنده هاي نوري الكتريكي براي پردازش عمومي سيگنالهاي چند بعدي بسيار

مناسبند و مي توانند به بسياري از مسائل كه ساختاري ساده و سريال ندارند اعمال شوند كاربردهاي احتمالي تشخيص الگو و پردازش مشكل در محيط پزشكي  بينائي ماشين علم نوري وفقي يا گداخت سنسور و افزايش مقايسه كردن مي باشند .

 

1.1   معماري OEIC  پيشنهادي :

در حال حاضر تلاشهاي زيادي توسط گروه هاي تحقيقاتي  مختلف انجام مي شود

تا يك پردازنده با مجتمع سازي نوري الكترونيكي دو گانه طراحي كنند كه به پردازنده سنتي سريال در وظايفي كه ذاتا بسيار موازي هستند كمك كند معماري

پيشنهادي OEIC در شكل 101 نشان داده شده است.

اين معماري شامل يك آرايه آشكار ساز نوري ( طبقه ورودي ) دستگاه الكترونيكي آستانه و يك منبع نوري همه بر روي يك ويفر دو طرفه GAAS است و يك شبكه انكسار تصوير ليزري به عنوان عنصر اتصال متقابل عمل مي كند بسته به سيگنالهاي ورودي مقداري پردازش ساده توسط دستگاه هاي

الكترونيكي آستانه انجام مي شود كه تعيين مي كنند چگونه اتصال با لايه بعدي

و به همين صورت برقرار مي شود  اين معماري توسط ساختار شبكه عصبي الهام

شده است و به طور خاص براي پياده سازي شبكه هاي عصبي يا پردازش منطق فازي بسيار مناسب است .

دو لايه به پيكسل هاي هوشمندي تقسيم شده است كه به طور مستقل عمل مي كنند (نورون ها ) كه به صورت نوري به نورون هاي لايه بعد متصلند.

توان و كار آ ي عملياتي چنين شبكه اي بسيار به طرح اتصالات پياده سازي شده

در آن وابسته است  يك شبكه عصبي كه در آن يك پيكسل مي تواند به همه پيكسل هاي لايه بعد متصل باشد و بالعكس (طرح اتصال عمومي ) . به نظر ميرسد كه بيشترين توان محاسباتي را داشته باشد ولي همه شواهد طبيعي (قسمتي از مغز انسان ) اشاره مي كنند كه اتصالات عمومي سنگين مي باشند و

ضروري نيستند

معماري پيشنهادي OEIC  مدلي از شبكه عصبي با اتصالات ضعيف را در نظر مي گيرد كه داراي گنجايش ورودي و خروجي محدود است. يك طرح احتمالي

اتصالات نزديكترين همسايه است كه در آن يك پيكسل فقط به تعداد محدودي

از پيكسلها در لايه بعد متصل است كه به آن نزديكترند  يك نمونه اوليه تعداد كمي پيكسل و فقط يك لايه اتصال با فيبر بك الكترونيك هم اكنون وجود دارد

ولي آن از شبكه درخشندگي فزاينده به عنوان عناصر اتصال بهره مي برد كه به

صورت تجاري موجودند شبكه هاي تصوير ليزري نسبت به شبكه هاي درخشان

داراي مزاياي زيادي هستند و در نتيجه بررسي احتمال ساخت و استفاده از

HOIC ها در پردازنده هاي نوري الكترونيكي ضروري است. ابتدا به شبكه درخشان داراي گام تعيين شده كارخانه اي است كه اغلب با طول موج منبع نور

استفاده مطابقت ندارد يعني كارآيي پراش شبكه درخشان كاهش مي يابد نتيجه

ديگر گام ثابت اين است كه شبكه مورب به فاصله متفاوتي از صفحه آشكار ساز

نوري نياز دارد اين مشكلات با استفاده از شبكه تصوير ليزري كاملا ناپديد مي شوند چرا كه مي توانيم آنها را به صورتي درست كنيم كه براي كاربرد ما مناسب باشند.

انگيزه اصلي اين نظريه اختراع روشي براي توليد HOIC هاست كه هم براي جايگزيني شبكه هاي درخشان موجود مناسب باشد و هم به سادگي در پردازنده هاي مجتمع قابل بسط باشد.