Методы построения и разработки оптических линейно-алгебраических процессоров для параллельных вычислительных систем

• Автор: Стариков, Ростислав Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. АРХИТЕКТУРЫ И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ОПТИЧЕСКИХ ЛИНЕЙНОАЛГЕБРАИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРОВ
1.1. Базовая архитектура оптического вектор-матричного перемножителя
1.2. Базовая архитектура оптического вычислителя
внешнего произведения векторов
1.3. Базовая архитектура оптического матрично-матричного перемножителя
1.4. Параметры оптических линейно-алгебраических процессоров
1.5. Случай матрично-матричного умножения
1.6. Элементная база оптических линейно-алгебраических процессоров
1.7. Сравнение параметров базовых архитектур
1.8. Исследование математической модели аналогового ОВМП
1.9. Аппаратурная реализация ОПЛА
1.10. Варианты применения ОПЛА в вычислительной системе
ГЛАВА II. АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ И АРХИТЕКТУР ТОЧНЫХ ОПТИЧЕСКИХ
ЛИНЕЙНО-АЛГЕБРАИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРОВ
II.1. Методы повышения точности вычислений
II.2 Точные оптические линейно-алгебраические процессоры
11.3. Наследуемая ошибка
11.4. Применение кодов с исправлением ошибок
II. 5. Сравнительный анализ параметров
различных архитектур ОПЛА
II. 6. Реализация ОВМП в виде гибридных оптоэлектронных
микросхем
Выводы главы II

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ, БАЗОВЫХ УЗЛОВ И МАКЕТОВ ОПТИЧЕСКИХ ЛИНЕЙНО-АЛГЕБРАИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОРОВ
111.1. Исследования элементов оптических линейно-алгебраических процессоров
111.2. Экспериментальные исследования макетов конволверов, реализующих алгоритмы дискретной свертки
111.3. Исследования макетов оптических вектор-матричных перемножителей
Выводы главы III
ГЛАВА IV. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ НЕЙРОПОДОБНАЯ СИСТЕМА РАСПОЗНАВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА БАЗЕ
ОПТИЧЕСКИХ ВЕКТОР-МАТРИЧНЫХ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЕЙ
IV. 1. Постановка задачи аппаратной реализации
многослойной нейронной сети
IV.2. Реализация двухслойной нейронной сети на базе ОВМП ..117 IV. 3. Предобработка входного образа сети по методу
инвариантных моментов изображения
IV.4. Компьютерные эксперименты по распознаванию моментов
объектов
IV.5. Экспериментальный макет блока предобработки изображений с помощью вычисления геометрических моментов изображений
Выводы главы IV
ГЛАВА V. КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ ПРИЕМНЫХ АДАПТИВНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК НА БАЗЕ ТОЧНОГО ОПТИЧЕСКОГО
ВЕКТОР-МАТРИЧНОГО ПЕРЕМН01ИТЕЛЯ
V.l. Задача ААР. Общие положения
4.2. Алгоритмы управления
V. 3. Контур управления ААР на базе точного ОВМП,
реализующий прямые алгоритмы
Выводы главы V
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ: Результаты компьютерных экспериментов по
моделированию распознавания двухслойной нейронной сетью изображений, представленных инвариантными геометрическими моментами
- '35
с одной и той же матрицей могут быть использованы неизменяемые маски, изготовленные, например, методом электронной литографии;
- фотодетекторы - лавинные фотодиоды, линейки лавинных фотодиодов;
- электронные узлы - малошумящие оптимизированные усилители сигнала фотодетекторов, среднескоростные или высокоскоростные АЦП, коммутирующие устройства и блоки пересчета с достаточным для данной системы быстродействием (среднескоростные или высокоскоростные);
- модуляция тока накачки лазеров и ВЧ-сигналов акустооптических ПВМС осуществляется непосредственно уровнем входного сигнала (используются соответственно схемы повторителей и балансных модуляторов);
- оптические элементы - оптимально разработанные с потерями световой мощности не более 50%;
Кроме того, для устранения перекрестных помех необходимо выполнение условия на двойную скважность временных и пространственных периодов входных сигналов системы.
Все условия сформулированы исходя из современных технологических возможностей. Выполнение условий на оптимальность аппаратурной реализации, как и правильный выбор архитектуры процессора определяет эффективность вычислителя и, в конечном счете, необходимость его реализации и применения.
1.10 Варианты применения ОПЛА в вычислительной системе
Проблема применимости ОПЛА, то есть, фактически их конкурентоспособности по сравнению с другими вычислительными средствами, жестко связана не только с их параметрами, но и с условиями их использования при построении реального вычислительного комплекса. Здесь необходимо различать следующие варианты:
1) применение аналогового результата вычислений ОПЛА в чисто аналоговой вычислительной системе;
2) построение чисто цифрового ОПЛА;
3) использование оцифрованного аналогового результата вычислений ОПЛА в цифровой вычислительной системе.
Первый путь наиболее выигрышен для ОПЛА - при высоком быстродействии значения отношения Псалтиса, в пределе, стремятся к бесконеч-