基於冗餘數的光學並行加法器研究

《基於冗餘數的光學並行加法器研究》是依託上海大學，由彭俊傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於冗餘數的光學並行加法器研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：彭俊傑
• 依託單位：上海大學

中文摘要

本項目以自主研發的千位三值光學邏輯計算系統為實驗平台，研究並行光學加法器的科學原理及其關鍵技術，以期解決將光學計算系統套用於數值計算領域中的基本科學問題。本項目擬將冗餘數加法的並行性與光學計算的並行性相結合，研究能避免進位延時且適合眾多位數據處理的光學並行加法器理論，探討其架構、原理及其實現方法，建立相應的數學模型，並設計實現一個百位量級並行光學加法器原型；在此基礎上，借鑑電子計算機多核(多CPU)並行工作機制和流水線工作機制，研究多加法器同步並行的科學原理與實現機制，探討基於流水線方式工作的光學加法器設計實現方法，建立多加法器層面的並行工作模型和流水線工作模型；基於模型，進一步研究多加法器同步並行工作原型與流水線方式工作原型，探討並行矩陣計算的科學方法、基本算法與套用方法。項目完成後將大大簡化許多現在在電子計算機上套用時的複雜計算過程，顯著降低能耗，為高性能計算開闢新的途徑。

結題摘要

本項目基於本課題組在三值光學計算機領域的研究基礎，研究基於冗餘數的光學並行加法器理論、架構及其實現技術，首先結合MSD冗餘數字系統的特點，對光學加法器理論進行了探討，提出了一種新型的光學加法器模型，該加法器通過4種5步邏輯運算就可以實現數值加法運算，並且不會產生進位，這對於數據位眾多的光學運算而言，是一件非常有意義的事。 在隨後的研究中，我們引入了流水線和並行處理機制，提出了基於流水線方法的並行加法器實現機理與架構，這種並行加法器不僅將原來的5步邏輯運算縮減為三步實現，同時可以實現多個加法器的同時並行工作，並且，保留了加法運算過程中不產生進位的優良特性。通過設計的千位原型系統及大量的實驗，證實了基於流水線的並行加法器模型及加法器架構的正確性和可行性，同時驗證了該加法器在加法運算過程中的高效性。 項目在進展過程中，針對光學加法器的實際工作原理及MSD數的特點，重點解決了加法過程中的幾個關鍵性問題，包括數據回饋問題、專用數據區設計問題、數據映射與解碼問題等，這些問題的解決為加法器模型及結構設計提供了理論支持，它們也是加法運算進行流水線和並行操作的基礎，此外，在研究過程中，我們還通過加法過程中加數與和數之間的關係，提出了一步式光學加法器理論，並設計其實現的光路。同時，套用項目中提出的光學加法器，在光學除法和矩陣加法套用方法和算法進行了探討，本項目一方面為光學計算機的研究提出了一種全新的思路，另一方面，也為光學計算的發展及其在數值計算領域的套用奠定了基礎。主要取得了如下一些成果與突破，主要包括基於MSD數光學並行加法器理論、模型及其設計實現方法、並行加法器原型、、基於MSD加法器的數據回饋策略、專用數據區設計、一步式光學加法器基本理論及實現光路等。