光计算机浅谈（精品）

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1、光与现代科技讲座期中论文论文题目：光计算机浅谈姓名：XXX学号:XXX学院：XXX专业：XXX光计算机浅谈作者：唐荣斌信息学院09级通信工程【摘要】当代的电子计算机已经发展到了一种前所未有的高度，集成电路的制作工艺也相当的成熟了，可以说电子计算机的发展几乎已经到达了瓶颈。为了跨越这一瓶颈，一些新的计算机正在跃跃欲试地加紧研究着，这些计算机是：超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机和量子计算机等。本文的主要任务就是是对光计算机做一个简单的阐述。【关键词】计算机光计算光计算机发展展望【引言】光计算机(opticalcomputer),

2、也叫光子计算机，全光数字计算机,它以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。其实早在上个世纪40年代，〃现代电了计算机Z父〃约翰•冯•诺依曼就就考虑过使用光学元件实现数字计算的可能性，但是由于当时光学的发展技术十分落后，他最终也就没能往这个方向做深入的研究。随着60年代激光技术的问世，兴起傅里叶光学为基础的模拟光学计算的研究。70年代光学传输和非线性光学材料取得重大进展，同时也由于电了计算机固冇的某些缺陷随运算速度的提高而明显的暴露出来，因此数字光计算重新引起科学家们的广泛注迂。80年代是光计算研

3、究大发展的年代，光计算受到了世界上个先进工业国家的高度重视。目前,美国、西欧、H本等国家都纷纷制定了庞人的研究计划。一、数字光计算数字光计算是指以光学手段实现数字运算的软件和硬件的通称。技术路线上以列阵光学非线性器件为基础，构想通用性或专用性全光学计算机。1、光学双稳和开关器件光学双值逻辑器件是全光学计算机最基本的器件，它的原理是用光双稳器件作存贮器，用非线性闭值器件作逻辑门。在这类器件中，由非线性吸收或折射材料和标准具构成的双稳器件是纯光学器件，其它的是电光效应器件。2、光学数字处理器具有非线性光学特性的器件木身就可以构成逻辑门。但是由

4、逻辑门构成的数字处理器，逻辑门必须具备级联性，即要满足两个条件：逻辑门的输入和输出有相同的逻辑值的光学编码方式，并且单一门的损耗不能太大。3、并行处理体系结构从光学角度研究体系结构，早期提出过基于双轨逻辑的函数逻辑块以及互网络。后来又提出了符号替代逻辑，即用另外一个二维图案替换一个像屮的二维图案。重复使用这种技术，并采用不同替换规则，可实现布尔逻辑、双值运算、细胞逻辑。基于此，又提出了单一替代规则的通用符号替代系统。4、光学互连网络使用光学互连网络可以方便地构成处理器之间、存贮器之间以及处理器和存贮器之间的通讯。近年来光学互连网络发展很快

5、，已有的纵模制网络，Clos网络、Banyan网络、Benes网络和洗牌网络等都已在光学上实现，其屮已采用的光学元件有分束器、光栅和反射镜等。上述网络都是多级规则网络，光学实施方案属于空变操作。从光学计算需要考虑，还要发展一种新的Crossover网络，即拓朴上等效于完善洗牌网络。5、数字光计算的支撑硬件为实现全光学计算，除了光逻辑门和光互连器外，述需要支撑硕件和组装方式。列阵照明器是关键性支撑硕件，因为列阵逻辑门要求列照明作为时钟信号或维持编置光朿。传统光学方法是采用双值光学相位衍射光栅，需要用到馈模激光器实现高速运转，另一种方案是微米

6、级半导体激光列阵。组装方式包括基木运算单元的模块化和微包装化。上述的S-SEED逻辑门已模块化，其中堆栈式平而微光学元件将起重大作用，微光学元件包括冇渐变折射率、外延生长和衍射式元件等儿种。6、图案变换并行光逻辑并行逻辑的光学实现集中在两种方法:即物理机制和图案变换。其中图案变化的方法不需要光学非线性器件，但空间编码的实现一直是要解决的问题。图案变换原理冇两种:Thera调制空间滤波和阴影投影。二、光计算机的特点光计算，意味着如果将今天硅芯片的处理能力与无与伦比的光速融合在一起，我们得到的将是一种令人震惊的组合，它使电路设计者看到了明天的

7、希望。当我们试图从银色的芯片屮〃榨取〃更多的东西时，芯片的制造成本也变得更加昂贵，建立一家现代化芯片制造厂的费用竟高达儿十亿美元。正像任何事物发展到某个阶段必须具有革命性的改变才能继续前进一样，芯片也是如此，靠一点一点挖掘芯片技术潜力的方式将再也不能满足人们的需求。所幸现在已有很多新技术供大家选择，其中最有发展前途的一种就是利用光。与传统的电子计算机相比，光计算机的〃无导线计算机〃信息传递平行通道密度极大。一枚直径5分硕币大小的棱镜，它的通过能力超过全世界现有电话电缆的许多倍。光的并行、高速，天然地决定了光计算机的并行处理能力很强，具有超

8、高速运算速度。超高速电子计算机只能在低温超导的条件下才能够工作,而光计算机在室温下即口J开展工作。光计算机还具冇与人脑相似的容错性。系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。让芯片屮