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.