Тема 12. Перспективні технології нейрокомп’ютерів. Оптичні нейрокомп'ютери. Нейрокомп'ютери на пластині.
Перспективні технології нейрокомп’юторів. Оптичні нейрокомп'ютори. Основна ідея. Підвищення продуктивності розрахунків. Вартість оптичної елементної бази. Переваги оптичних нейрокомп’юторів. Недоліки. Перспективи на майбутнє.Нейрокомп'ютори на пластині. Доцільність розробки нейрокоп'ютерних пластин. Перші спроби реалізації нейрокомп’юторівна пластині. Систоличнаасинхрона мережа процесорів з статичним розподілом пам'яті. Особливості, переваги, продуктивність.
Оптична технологія і нейрокомп'ютери Проникнення оптичних методів в обчислювальну техніку ведеться за трьома основними напрямками. Перше засноване на використанні аналогових інтерференційних оптичних обчислень для вирішення окремих спеціальних завдань, пов'язаних з необхідністю швидкого виконання інтегральних перетворень. Другий напрямок пов'язаний з використанням оптичних з'єднань для передачі сигналів на різних щаблях ієрархії елементів обчислювальної техніки, тобто створення суто оптичних чи гібридних (оптоелектронних) з'єднань замість звичайних, менш надійних, електричних з'єднань. При цьому в конструкції комп'ютера з'являються нові елементи - оптоелектронні перетворювачі електричних сигналів в оптичні і назад. Але найбільш перспективним напрямком розвитку оптичних обчислювальних пристроїв є створення комп'ютера, що повністю складається з оптичних пристроїв обробки інформації.
Цей напрямок інтенсивно розвивають з початку 80-х років провідні наукові центри (MTI, Sandia Laboratories і ін) і основні компанії-виробники комп'ютерного обладнання (Intel, IBM, AMD). Весь набір повністю оптичних логічних пристроїв для синтезу більш складних блоків оптичних комп'ютерів реалізується на основі пасивних нелінійних резонаторів-інтерферометрів. В залежності від початкових умов (початкового положення піка пропускання і початкової інтенсивності оптичного випромінювання) в пасивному нелінійному резонаторі, нелінійний процес завершується встановленням одного з двох стійких станів пропускання падаючого випромінювання. А з декількох нелінійних резонаторів можна зібрати будь-який, більш складний логічний елемент (тригер). До теперішнього часу вже створені і оптимізовані окремі складові оптичних комп'ютерів - оптичні процесори, комірки пам'яті), однак до повної збірки ще далеко. Основною проблемою, що стоїть перед вченими, є синхронізація роботи окремих елементів оптичного комп'ютера в єдиній системі, оскільки вже існуючі елементи характеризуються різними параметрами робочої хвилі світлового випромінювання (інтенсивність, довжина хвилі), і зменшення його розміру. Якщо для конструювання оптичного комп'ютера використовувати вже розроблені компоненти, то звичайний PC мав би розміри легкового автомобіля.
Однак застосування оптичного випромінювання в якості носія інформації має ряд потенційних переваг у порівнянні з електричними сигналами, а саме: світлові потоки, на відміну від електричних, можуть перетинатися один з одним; світлові потоки можуть бути локалізовані в поперечному напрямку до нанометрових розмірів і передаватися по вільному простору; швидкість поширення світлового сигналу вище швидкості електричного; взаємодія світлових потоків з нелінійними середовищами розподілено по всій середовищі, що дає нові ступені свободи (в порівнянні з електронними системами) в організації зв'язку та створенні паралельних архітектур.
Взагалі, створення більшої кількості паралельних архітектур, у порівнянні з напівпровідниковими комп'ютерами, є основною гідністю оптичних комп'ютерів, воно дозволяє подолати обмеження по швидкодії і паралельної обробки інформації, властиві сучасним ЕОМ. Розвиток оптичних технологій все одно буде продовжуватися, оскільки отримані результати важливі не тільки для створення оптичних комп'ютерів, але також і для оптичних комунікацій та мережі Internet.
Взагалі, Створення більшої кількості паралельних архітектур, у порівнянні з напівпровідніковімі комп'ютерами, є основною гідністю оптичних комп'ютерів, воно дозволяє подолати обмеження по швідкодії и паралельної ОБРОБКИ інформації, властіві сучасности ЕОМ. Розвиток оптичних технологій все одно буде продовжуватіся, оскількі Отримані результати важліві НЕ Тільки для Створення оптичних комп'ютерів, альо кож и для оптичних комунікацій та Мережі Internet.
Для оцінки продуктивності нейрообчислювачів використовуються наступні показники: CUPS (connections update per second) - число змінених значень ваг в секунду (оцінює швидкість навчання). CPS (connections per second) - число з'єднань (множень з накопиченням) в секунду (оцінює продуктивність). CPSPW = CPS / Nw, де Nw - число синапсів в нейроні. CPPS - число з'єднань прімітовов в секунду, CPPS = CPS * Bw * Bs, де Bw, Bs - розрядність вагів і синапсів. MMAC - мільйонів множень з накопиченням в секунду.
Нейросігнальний процесор NeuroMatrix NM6403 (фірма Модуль [9]
Основой NeuroMatrix NM6403 является процессорное ядро NeuroMatrixCore (NMC), которое представляет собой синтезабильную модель высокопроизводительного DSP процессора с архитектурой VLIM/SIMD (язык Verilog). Ядро состоит из двух базовых блоков: 32-битного RISC процессора и 64 битного векторного процессора, обеспечивающего выполнение векторных операций над данными переменной разрядности (патент РФ.N2131145). Имеются два идентичных программируемых интерфейса для работы с внешней памятью различного типа и два коммуникационных порта, аппаратно совместимых с портами ЦПС TMS320C4x, для возможности построения многопроцессорных систем.
VECTOR-співпроцесор змінна 1-64-розрядна довжина векторних операндів і результатів; формат даних - цілі числа, упаковані в 64-розрядні блоки, у формі слів змінної довжини від 1 до 64 розрядів кожне; підтримка векторно-матричних і матрично-матричних операцій; два типи функцій насичення на кристалі; три внутрішніх 32x64-розрядних RAM-блоку. продуктивність: скалярні операції: 50 MIPS; 200 MOPS для 32-розрядних даних; векторні операції: від 50 до 50.000 + MMAC (мільйонів множень з накопиченням в секунду); I / O інтерфейси з пам'яттю: пропускна здатність двох 64-розрядних інтерфейсів з пам'яттю - до 800 Мбайт / сек; I / O комунікаційні порти - до 20 Мбайт / сек кожний.
Технічні характеристики: число вентилів на кристалі - 100.000; розмір кристала - 10 мм * 10.5 мм при технології 0.7 мкм; споживана потужність - не більше 3 Вт; пікова продуктивність для байтних операндів - 720 MCPS (мільйонів з'єднань або множень з накопиченням в сек.) при тактовій частоті 30 Мгц; при бінарних операціях - 8640 MCPS.
Тема 13. Молекулярні комп'ютери. Основа недискретного біокомп'ютора. Живлення біокомп'ютора. Особливості архітектури біомолекулярних пристроїв. Структурні особливості. Комірки активного середовища. Дифузійна довжина. Зв'язок комірок. Керування режимами активного середовища. Реакція типу Белоусова-Жаботинського. Динаміка середовищ типу Белоусова-Жаботинського. Середовища типу Белоусова-Жаботинського. Відгук середовища.
Тема 14.Нанонейрокомп'ютори. Основні базові елементи квантових інтегральних схем. Квантова точка. Квантовий диполь. Квантовий дріт. Квантовий транзистор. Швидкодія квантових елементів. Швидкодія схем з нейронів. Приклад структури розрахунку квантового нейрона та його елементів.