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.
