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令人期待的光子计算机 终将成为普遍工具

2016-08-24 09:48
天堂的苦涩
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  “光脑”即“光计算机”,又称“光子计算机”,是用光作为载体实现大容量信息存储和高速处理的计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成,靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理。与传统电脑不同,“光脑”以光子代替电子,光互联代替导线互联,光硬件代替电子硬件,光运算代替电运算。“光脑”用激光来传送信号,并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路,进行数据运算、传输和存储。在“光脑”中,不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据,这远胜于电脑中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算,可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的平行处理。

  “光脑”充分利用光的特性,具有超大规模信息存储容量、超强平行处理能力、超快运算速度、超高信道密度和超好容错性等优点。它以激光器为理想的光辐射源,光子传导不需导线,光路可以在空间中交叉却互不影响。由于光器件允许通过的光频率高、范围大,“光脑”传输和处理的信息量极大。“光脑”无导线,光在光介质中传输不存在寄生电阻、电容和电感问题,光器件又无接地电位差,因此信息传输中畸变和失真小。光器件的开关速度比电子器件快得多,“光脑”的运算速度在理论上可达每秒千亿次以上,其信息处理速度比电脑要快数百万倍。“光脑”还具有与人脑相似的容错性,系统中某一元件损坏或出错时,不会影响最终的计算结果。“光脑”是节能型产品,对环境条件的要求比电脑低得多。除了激光源需要一定的能量,光在传输和转换时能量消耗极低。“光脑”的驱动只需同类规格的电脑驱动能量的一小部分,不仅降低了电能消耗,大大减少了机器散发的热量,而且为其微型化和便携化创造了条件。

  受自身固有的物理特性限制,超大规模集成电路的发展已趋极致,一块芯片上所能集成的电子元件几近饱和,电脑的发展将遭遇瓶颈。在这种背景下,“光脑”技术应运而生,虽然目前尚未成熟,不少技术难题仍待攻克,但随着材料科学的突破和加工技术(尤其是微纳米加工技术)的完善,“光脑”的发展前景愈发光明。现代光学与计算机技术、微电子技术的美满结合将使“光脑”最终成为人类普遍的工具。

 

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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