基本介紹
- 中文名：三值光學計算機
- 外文名：Ternary Optical Computer
- 提出時間：2000年
- 提出人：金翊教授
三值光學計算機,
三值光學計算機
隨著大型電子計算機系統的複雜度不斷提高，其功耗大到難以接受的地步，於是人們越來越關注各種新形式的計算機，光學計算機成為人們關注的焦點之一。光有不同於電的物理特性，導致光學計算機有不同於電子計算機的特點：速度可以更快、位數可以更多、使用更多的物理狀態（多值）和能耗更小等，理想的光學計算機應該兼有這些特點。在光學計算機研究中，有許多研究著力於“高速度”，同時也有研究著力於“位數眾多”。節能問題也成為新的關注點。
三值光學計算機用兩個正交的偏振態和無光態表示信息，所以，它的一個數據位上有三個取值，除0和1之外，還可以再取一個值。它用液晶陣列控制光束的偏振方向，配合偏振片來完成信息處理。由於液晶陣列的像素非常多，所以三值光學計算機的數據位數非常多，2007年建成的實驗系統中有360位，在建的實驗系統達到1千位，而且很容易繼續擴大。另一方面，數百萬像素液晶屏的功耗也在毫瓦級，決定了三值光學計算機將耗能很小，360位實驗系統功耗總功耗約為100瓦，其光學部件的功耗約2瓦。
三值光學計算機實驗系統的光學處理器依據降值設計原理建造，對這種處理器而言，降值設計原理表述為：在3^9（=19683）個三值邏輯處理器中，任意一個都可以用18種運算基元組合而成，而且用到基元總數不多於6個。於是，三值光學處理器中只要對18種運算基元準備好足夠的數量，就可以隨時把光學處理器的任何部分構造成用戶需要的某個三值邏輯運算器。這稱為三值光學處理器的重構性。
由於邏輯運算的位和位之間沒有關聯，因此可以把一個光學處理器的不同位置，即數據位的不同片段，構造成不同的邏輯運算器，於是，在一個操作指令下，這個光學處理器的不同區域能完成不同的邏輯運算。這是電子計算機所做不到的。另一方面，又可以把一個光學處理器看作是一個大光學處理器的一部分，當這個光學處理器的數據位數不夠多時，可以啟用大光學處理器的其他部分，即給這個光學處理器拼接一個新的光學處理器，二者形成一個較大的光學處理器，而不像電子計算機形成“多CPU”或“多核”。因此，當用幾個光學處理器拼接成一個大處理器時不存在“核間通信”和“核間同步”問題。這是與電子計算機的又一個不同點。同時，光學處理器的這種直接拼接性，更使得三值光學計算機可以有很多的數據位數，理論上多到滿足任何用戶的需要。
三值光學計算機實驗系統就是已經成功的巨位數計算機，依據2008年公開的降值設計原理，可以隨時把三值光學處理器近千個數據位的任意區域構造成需要的三值（包括二值）邏輯運算器。然而，眾多的數據位數不能容忍行波加法器中進位過程的延時，光學部件又很難實現先行進位加法器中的進位樹結構，在三值光學計算機研究的初期，研究者們就注意到這個難題，於2003年提出了進位直達並行通道加法器原理和結構，但多種因素致使這種加法器沒能付諸實施。因此，兩年來三值光學計算機實驗系統一直不便進行大規模算術運算。2009年底，研究者們認真總結了三值光學計算機系統的各項研究和實驗，建立了三值光學計算機的MSD ( Modified Signed-Digit )計數制的數值計算體系，它包括MSD加法器、乘法例程、除法例程和矩陣乘法例程，其中MSD加法器是基礎和核心。
