ПЕРСПЕКТИВНАЯ АРХИТЕКТУРА ЦИФРОВОЙ ФОТОННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Аннотация

Высокоэффективное решение современных трудоёмких задач математической фи-
зики требует постоянного наращивания производительности используемых вычислитель-
ных средств. Однако в настоящее время развитие их элементной базы замедляется в силу
ограничений, накладываемых технологическими, производственными и эксплуатационными
процессами. Один из вариантов преодоления кризиса роста производительности вычисли-
тельной техники заключается в развитии цифровых фотонных вычислительных машин
(ЦФВМ). Предлагаемая авторами архитектура ЦФВМ состоит из функциональной под-
системы, подсистем синхронизации и коммутации потоков данных и фотонно-
электронных интерфейсов обмена данными с внешними устройствами. Изложены принци-
пы работы каждой подсистемы. Функциональная подсистема представляет собой сово-
купность устройств ЦФВМ, обеспечивающих выполнение арифметико-логических опера-
ций в формате 64-разрядной плавающей запятой стандарта IEEE754 и реализованных по
схеме линейного конвейера с обработкой младшими разрядами вперёд. Подсистема син-
хронизации обеспечивает единый темп потоков данных между различными функциональ-
ными устройствами ЦФВМ, объединёнными в вычислительную структуру. Подсистема
коммутации на этапе программирования ЦФВМ или в процессе решения задачи при выпол-
нении условных переходов управляет потоками данных в соответствии с топологией вы-
числительной структуры. Для обмена данными ЦФВМ с внешними устройствами предла-
гается применение технологии сериализации низкочастотных параллельных каналов и де-
сериализации высокочастотных последовательных каналов. Приведены теоретические
оценки производительности реализуемых на ЦФВМ вычислительных структур, подобных
структурам, возникающим в задачах математической физики при обработке специальных
матриц. Показано, что ЦФВМ за счёт величины тактовой частоты работы способны
обеспечить производительность на два и боле десятичных порядка больше по сравнению с
микроэлектронными устройствами.