Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией
Рассматриваются пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией (пульсиры). Пульсиры представляют собой однородную вычислительную среду, ориентированную не на микросхему, а на пластину – кремниевую подложку диаметром до 400 мм. Пульсиры – совокупность однобитовых процессоров, которые...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7166 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией / В.И. Шмойлов, В.О. Бронзов // Штучний інтелект. — 2008. — № 3. — С. 790-799. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859695596444581888 |
|---|---|
| author | Шмойлов, В.И. Бронзов, В.О. |
| author_facet | Шмойлов, В.И. Бронзов, В.О. |
| citation_txt | Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией / В.И. Шмойлов, В.О. Бронзов // Штучний інтелект. — 2008. — № 3. — С. 790-799. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Рассматриваются пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией (пульсиры).
Пульсиры представляют собой однородную вычислительную среду, ориентированную не на микросхему, а
на пластину – кремниевую подложку диаметром до 400 мм. Пульсиры – совокупность однобитовых
процессоров, которые соединены между собой «по близкодействию». Пульсиры с матричной коммутацией –
пульсиры второго поколения, имеют развитую систему связей, которая обеспечивает коммутацию
информационных потоков между ячейками, расположенными как на обеих поверхностях пластины, так и на
разных пластинах.
There are viewed pulsating information lattices with matrix switching (pulsirs). Pulsating information lattices (pulsirs)
are homogeneous computing environments of new generation, oriented to silicon wafers with diameter up to 400 mm.
Pulsir is a set of bit-processors with close-range interaction. Pulsirs with matrix switching are the second generation
pulsirs with extended commutation system which provides data flow commutation between cells placed on both sides
of silicon wafer and on different wafers.
|
| first_indexed | 2025-12-01T00:56:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
«Искусственный интеллект» 3’2008 790
8Ш
УДК 004.272
В.И. Шмойлов, В.О. Бронзов
Южный научный центр РАН, г. Таганрог, Россия
НИИ многопроцессорных вычислительных систем ЮФУ, г. Таганрог, Россия
mvs@tsure.ru
Пульсирующие информационные решётки
с матричной коммутацией
Рассматриваются пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией (пульсиры).
Пульсиры представляют собой однородную вычислительную среду, ориентированную не на микросхему, а
на пластину – кремниевую подложку диаметром до 400 мм. Пульсиры – совокупность однобитовых
процессоров, которые соединены между собой «по близкодействию». Пульсиры с матричной коммутацией –
пульсиры второго поколения, имеют развитую систему связей, которая обеспечивает коммутацию
информационных потоков между ячейками, расположенными как на обеих поверхностях пластины, так и на
разных пластинах.
Введение
В современных системах технического зрения и искусственного интеллекта приме-
няются быстродействующие устройства для параллельного ввода – вывода изображений.
Для работы в реальном времени скорость передачи изображений должна быть на уровне
10 – 50 Гбит/с. В последние годы интенсивно развиваются интегральные схемы для парал-
лельного ввода – вывода изображений. В работе [1] был описан возтрон – оптоэлектронная
система для параллельной передачи изображений, которая включает в себя массивы све-
тодиодов, оптоэлектронных волокон и фотоприёмников. В данной публикации рассмат-
риваются пульсирующие информационные решётки второго поколения, где органически
используются матричные оптоэлектронные устройства.
Общепризнано, что максимальное быстродействие обеспечивают вычислительные
системы с аппаратной реализацией алгоритма. Аппаратный принцип, положенный в основу
вычислительного процесса в однородных вычислительных средах (ОВС), требует чре-
звычайно большого числа однобитовых процессоров. Если среды первых двух поколений
были ориентированы на уровень микросхем [2-7], то пульсиры проектируются для реа-
лизации на кремниевых полупроводниковых пластинах диаметром до 400 мм [8-12].
Переход от микросхемы на пластину обусловлен всей логикой развития микроэлектроники.
Однородные среды готовы перейти на пластину, и эта готовность – основное преимущест-
во ОВС перед другими направлениями в вычислительной технике – микропроцессорными
и транспьютерными системами, систоликой, программируемыми логическими интеграль-
ными схемами (ПЛИС), программируемыми решётчатыми полями (FPGA) и т.д. [10], [11].
Матричные пульсиры
На рис. 1 показана матрица пульсира, ячейки которой соединены между собой ло-
кальными и глобальными информационными шинами. Как видно из рис. 1 каждая ячейка
соединена с восемью соседними ячейками. Кроме того, ячейка для непосредственной
связи с соседними имеет восемь дополнительных входов и выходов. Эти входы – выходы
имеют фиксированную коммутацию и показаны на рисунке тонкими линиями. Некоммути-
руемые связи используются в пульсире при реализации алгоритмов клеточных автоматов.
Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией
«Штучний інтелект» 3’2008 791
8Ш
ВЯ
ВЯВЯ
ВЯ
ВЯ
ВЯ
ВЯВЯВЯ
Рисунок 1 – Матрица пульсира
Из рис. 2 можно видеть, что имеются горизонтальные, вертикальные и диагональ-
ные шины. Эти шины назовём шинами быстрого доступа, так как посредством их осу-
ществляется обмен информацией между удалёнными друг от друга ячейками. Помимо
этого, в трёхмерном матричном пульсире между ячейками имеются связи между локальны-
ми шинами и оптическими каналами. Связи ячеек, расположенных на верхней и нижней
поверхностях пластины, реализуются посредством локальных шин. Оптические каналы
обеспечивают передачу информации между ячейками соседних пластин пульсира. Каж-
дый из оптических каналов состоит из пары преобразователей – электронно-оптического
и оптоэлектронного.
Ch7
Ch11
Ch4
Ch5
Ch6
Ch10Ch9
Ch8
Ch12 Ch13 Ch14
Ch2
Ch3
Ch1
Ch15
Ch16
Рисунок 2 – Шины пульсира
Матричные пульсиры представляют собой трёхмерную структуру, состоящую из на-
бора пластин, соединённых между собой определённым образом. Структура матричного
пульсира подобна трёхмерной решётке, в узлах которой расположены процессорные эле-
менты. Конструкция обеспечивает возможность наращивать пульсиры в трёх измерениях.
Дадим названия ячейкам трёхмерного пульсира. Назовём «сопряжёнными» ячейки,
расположенные на различных поверхностях пластины и находящиеся одна над другой.
Под «смежными» ячейками будем понимать ячейки, которые находятся на соседних
пластинах и также размещены друг над другом. Смысл «соседних» и «связанных» ячеек
легко устанавливается из рис. 3.
Шмойлов В.И., Бронзов В.О.
«Искусственный интеллект» 3’2008 792
8Ш
cоседние
ячейки
cмежные
ячейки
К
К
К
К
К
К
сопряжённые
ячейки
связанные
ячейки
каналы
оптические
локальные
шины
оптоэлектронные
коммутаторы
Рисунок 3 – Матричные коммутаторы
Каждый из восьми оптоэлектронных коммутаторов ячейки обеспечивает передачу
данных на соседнюю ячейку, на оптический преобразователь и локальные шины. Ана-
логично введём понятия «сопряжённых» и «смежных» коммутаторов. «Сопряжённые»
коммутаторы соединёны между собой локальными шинами. «Смежные» коммутаторы –
коммутаторы ячеек соседних пластин, которые посредством преобразователей связаны
между собой оптическими каналами.
Оптоэлектронные коммутаторы
В пульсирах с матричной коммутацией каждая ячейка содержит восемь оптоэлект-
ронных коммутаторов. Каждый оптоэлектронный коммутатор ячейки осуществляет
передачу данных в направлении соседней ячейки, на вход оптического преобразователя и
на локальные шины (рис. 4).
нижняя поверхность пластины
L1 L2 L3 L4
оптоэлектронный
коммутатор
верхняя поверхность пластины
оптоэлектронный
коммутатор
локальные
шины
вO
нО
вb
нb
вI
нI
вa
на
Рисунок 4 – Оптоэлектронные коммутаторы
Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией
«Штучний інтелект» 3’2008 793
8Ш
Использование «сопряжённых» коммутаторов позволяет осуществить передачу
данных между «связанными» ячейками и транзит данных через пластину, которые посту-
пают световыми потоками сверху и снизу, при этом выходы «связанных» ячеек и выходы
преобразователей оптических каналов являются входами соответствующего «сопряжён-
ного» коммутатора. Коммутация входов «сопряжённых» коммутаторов задаётся непо-
средственно кодом управления соответствующей «связанной» ячейки. Другие два входа
«сопряжённых» оптоэлектронных коммутаторов, расположенных на верхней и нижней
поверхностях пластины, являются каналами приёма данных локальных шин.
Оптоэлектронный коммутатор состоит из четырёх каналов, каждый из которых
имеет свой адресуемый выход. Так, выход канала вa поступает на вход соседней ячейки,
выход канала вI – на вход оптического преобразователя. Выход ещё двух каналов комму-
татора связан, соответственно, с локальными шинами L1 и L4. Входами первых двух
каналов коммутатора являются выходы ячейки вb и оптического канала вO , а также ло-
кальные шины L2, L3. Аналогично устроен коммутатор ячейки, расположенной на
нижней поверхности пластины (рис. 5).
"
верхняя поверхность
пластины
н
1
а
ВЯ
в
5bВЯ
нижняя поверхность
пластины
н
1а
ВЯ
н
5b
ВЯ
оптические каналы
в
1
I в
1O
н
5I н
5Oн
1I н
1O
н
1b
н
1а
н
5а
в
1bв
5
в
1а
межслойные
проводники
(локальные шины)
1 32 4 1 32 4
оптические каналы
в
5I
в
5
O
коммутатор
коммутатор
коммутатор
коммутатор
Рисунок 5 – Связи ячеек и коммутаторов
Когда локальные шины не задействованы, «сопряжённые» коммутаторы обеспечи-
вают коммутацию данных с выхода ячейки и оптического преобразователя и их передачу
на вход соседней ячейки и вход оптического преобразователя. Каждый из «сопряжённых»
коммутаторов состоит из двух пар двувходовых и четырёхвходовых коммутаторов.
Двувходовые коммутаторы обеспечивают связь с локальными шинами и коммутацию
данных с выходов ячейки и оптического преобразователя. Четырёхвходовые коммута-
торы связаны с входами соседней ячейки и оптического канала и осуществляют коммута-
цию данных с выходов ячейки, оптического канала и локальных шин.
Поскольку вычислительная ячейка соседствует с восьмью соседними и содержит
восемь оптоэлектронных коммутаторов, то поле управления ими состоит из восьми
Шмойлов В.И., Бронзов В.О.
«Искусственный интеллект» 3’2008 794
8Ш
подполей управления каждого из коммутаторов (рис. 6). Подполе включает в себя четыре
команды управления (Р1-Р4). Команды Р1,Р2 управляют связью ячейки, соответственно,
с входами оптического канала и соседней ячейки. Напомним, что локальные шины
соединены с «сопряжёнными» коммутаторами, связь с которыми определяется сигналами
управления Р3, Р4.
Рисунок 6 – Схемы трасс транзита и ветвления данных
В трёхмерном пульсире организуются информационные трассы произвольного
направления и разной сложности. На рис. 6 показаны трассы, содержащие транзит и
ветвление данных. Так, данные с ячейки нижней поверхности пластины 2 ветвятся в
трех направлениях: на соседнюю ячейку, вверх – в ячейку верхней поверхности и вниз –
на ячейку соседней пластины.
Структурная схема ячейки пульсира
Ячейка представляет собой однобитовый тактируемый модуль, выполняющий
вычислительные функции, функции коммутации информационных потоков, памяти,
диагностики и перепрограммирования. Ячейка имеет восемь информационных входов
(а1,… а8) и выходов (b1, ... b8), входы оптических преобразователей Int1 – Int8, выходы
оптических преобразователей Out1 – Out8, входы с локальных шин 1L2 – 8L2, 1L3 – 8L3,
выходы на локальные шины 1L1 – 8L1, 1L4 – 8L4, фиксированные входы и выходы
(c1,...,c8 и d1,...,d8), входы записи в регистры инструкции (WRI), данных (SWRD) и памяти
(WRRAM), две входные (InPRG1, InPRG2) и две выходные (OutPRG1, OutPRG2) шины
настройки, двунаправленные шины ввода-вывода данных (Ch1,…,Ch4), входы тактовых
импульсов (СLC) и сброса (RESET).
Рассмотрим систему каналов ячейки. Канал настройки предназначен для програм-
мирования ячейки, обеспечивающего работу всех её функциональных узлов. Канал прог-
раммирования служит для настройки ячейки в процессе её работы, то есть во время
выполнения ячейкой ранее установленной программы. Канал адреса содержит непос-
редственно адрес ячейки и обеспечивает в дальнейшем идентификацию информационных
посылок, поступающих по служебному каналу.
Канал АЛУ реализует вычислительные функции над операндами, представленными
в последовательном коде, и включает в себя однобитовый двухоперандный процессор.
В зависимости от кода операции (КОП) вычислительная ячейка выполняет арифметико-
логические операции в соответствии с табл. 1.
К1
К2
К1
К2
К1
К2
Пластина 1
Пластина 2
Пластина 3
вI
вa
на
нанI
нb
вI
нO
L3
L3
вO
L1
нI
вa
нb
3L
вI
3L
нI
нa
нО
3L
вI
нI
ва
ва
вO
Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией
«Штучний інтелект» 3’2008 795
8Ш
Таблица 1
№ п.п Разряды КОП Название операции
1 0 0 1 Суммирование с запоминанием переноса
2 0 1 0 ЛОГИЧЕСКОЕ УМНОЖЕНИЕ
3 1 0 0 Логическое умножение с инверсией
4 1 0 1 Суммирование «по модулю 2»
5 1 1 0 Запоминание «1»
6 1 1 1 ГЕНЕРИРОВАНИЕ КОНСТАНТЫ
7 0 1 1 Расширенный транзит
8 0 0 0 Нет операции
Канал памяти обеспечивает хранение данных, в том числе и констант, длиной, не
превышающей 16 Кбит, которые могут быть предварительно записаны в ячейку или
введены в неё во время работы.
Канал транзитов осуществляет передачу данных без изменений с любого из входов
ячейки на её выходы и может обеспечить, в зависимости от режима работы ячейки,
формирование от трёх до семи каналов транзита. Канал шин выполняет приём и переда-
чу данных на «удалённые» ячейки. Канал коммутаторов даёт возможность по каждому из
восьми направлений иметь связь с соседней ячейкой, с оптическими преобразователями и
локальными шинами ввода/вывода данных.
Канал клеточного автомата реализует клеточные алгоритмы путём преобразования
значений состояния соседних клеток, поступающих в ячейку.
Служебный канал содержит в себе регистр данных, в котором отражаются значения
состояния ячейки и коды перепрограммирования.
На рис. 7 показана функциональная схема ячейки.
11
12
15
Ch1
Ch2
Ch3
Ch4
14
105 6
7
8
9
16
8
8
4
4
7
4 5
2
8
3
StrCOM d1,..,d8
4Start
1 2
OutPRG1
OutPRG2
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
a8
2
InPRG1
InPRG2
WRI
WRAM
c1,..,c8
SWRD
CLC
SEL1
SEL2
E1,...,E10
F1,...,F10
КОП
A1,..,A8
C1,..,C4
E1,...,E10
C5,..,C9
B1,..,B8
Q1,...,Q8
Int1-Int8
1L2 -8L2
1L3-8L3
1L1 -8L1
1L4 -8L4
b1-b8
Out1-Out8
13
Рисунок 7 – Функциональная схема ячейки
1 – регистр инструкции; 2 – регистр адреса; 3 – регистр управления; 4 – регистр
сравнения; 5 – блок ввода данных с входов а1,… а8; 6 – блок вывода данных
на выходы в1,...,в8; 7 – блок ввода данных с шин Ch1,…,Ch4; 8 – блок вывода данных
на шины Ch1,…,Ch4; 9 – входные коммутаторы; 10 – выходные коммутаторы;
11 – арифметико-логическое устройство; 12 – блок памяти; 13 – блок перепрограммирования;
14 – блок транзитов; 15 – служебный регистр;
16 – блок оптоэлектронных коммутаторов
Шмойлов В.И., Бронзов В.О.
«Искусственный интеллект» 3’2008 796
8Ш
Блок регистра инструкции представляет собой два параллельных регистра данных
длиной в 154 бит каждый. Код программы последовательно заносится в первый из регист-
ров, после чего осуществляется перезапись данных из первого регистра во второй. В даль-
нейшем второй регистр блокируется для последующей записи и в соответствии с занесен-
ной информацией осуществляет настройку всех узлов ячейки на выполнение заданной
программы.
Блок адреса представляет собой регистр и дешифратор адреса. В регистр адреса с
выхода регистра инструкции заносится значение адреса, присвоенное данной ячейке.
Блок управления обеспечивает организацию программирования и настройки ячейки, уп-
равляет работой клеточного автомата, обслуживает процесс идентификации номера ячей-
ки и синхронизирует работу служебного канала. В регистре сравнения осуществляется
сравнение значения состояния соседних клеток с заданным, которое предварительно
записано в блоке памяти ячейки.
Блок ввода данных состоит из восьми входных коммутаторов, то есть имеющих
восемь входов и один выход. Выходы блока ввода данных формируют в ячейке восемь
независимых информационных каналов. Блок ввода и вывода данных с шин Ch1,…,Ch4
имеет четыре коммутатора входа типа 4х1 и четыре коммутатора выхода типа 1х4 и
связывает ячейку с двунаправленными шинами быстрого доступа Ch1,…,Ch4.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) включает однобитовое двухоперандное
устройство, в котором реализуются операции над данными, поступающими в последова-
тельном коде. Система команд приведена в табл. 1. Блок памяти реализован на секциони-
рованном регистре длиной в 16 Кбит. Логически он может быть разделён на блоки памяти
для хранения констант и оперативных данных. Константы предварительно заносятся в
блок памяти в режиме программирования. Внешние данные могут поступать с других
ячеек в режиме работы. Блок программирования обеспечен регистром данных для хра-
нения микропограммы длиной в 8 Кбит.
Служебный канал содержит регистры данных и адреса, которые служат для осу-
ществления тестирования ячейки в режиме «работа». Блок оптоэлектронных коммутато-
ров включает восемь коммутаторов, каждый из которых имеет связь с входом соседней
ячейки, с входом и выходом оптических преобразователей, с двумя входами и выходами
локальных шин.
Работа с ячейкой предполагает режимы: «программирования и настройки», «наст-
ройки памяти», «работа клеточного автомата», «работа» и «перепрограммирование».
Режимы функционирования ячейки задаются комбинациями управляющих сигналов
«SEL1», «SEL2» и «WRAM».
Вычислительная ячейка осуществляет обработку информационных потоков, иду-
щих с восьми направлений. Поэтому внутри неё можно выделить восемь информацион-
ных трасс, которые, вообще говоря, имеют разное функциональное назначение. Из этого
числа информационных трасс ячейки по две предназначены для каналов арифметико-
логической обработки данных и памяти, одна трасса – для служебного канала, три остав-
шиеся трассы отведены для канала транзитов. Благодаря аппаратным решениям ячейка
может либо сочетать в себе функции обработки, коммутации и памяти, либо осуществ-
лять передачу информационных потоков данных.
При проектировании пульсира на надёжность настройки программного регистра
ячейки обращалось особое внимание. Многовариантность программирования регистра
инструкции ячеек пульсира позволяет повысить надёжность пульсира в целом. Поле
пульсира предполагает следующие настройки:
– по горизонтальным входам;
– по вертикальным входам;
– по горизонтальным входам с использованием цепей обхода ячеек;
– по вертикальным входам с использованием цепей обхода ячеек;
– через информационные входы.
Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией
«Штучний інтелект» 3’2008 797
8Ш
Для целей диагностики и перестройки участка поля пульсира в ячейке был опре-
делён служебный канал, то есть в ячейках, функционирующих в режиме «работа», бро-
нировалась трасса, по которой можно было бы выводить из ячейки информацию о её
состоянии и вводить данные для перепрограммирования её регистра инструкции. Такого
канала ячейки однородных вычислительных сред первых поколений не имели.
Составными частями канала регистров являются регистры инструкции, адреса и
последовательный регистр памяти, которые в режиме настройки ячейки пульсира прог-
раммируются. В дальнейшем регистр инструкции настраивает ячейку на выполнение
вычислительных и коммутационных функций. Часть регистра памяти используется для
хранения константы, значение которой также заранее программируется. Данные, занесен-
ные в память, в дальнейшем могут использоваться АЛУ ячейки для обработки информа-
ции и быть переданы в АЛУ других ячеек. Оставшаяся часть памяти по умолчанию
используется в ячейке для записи, хранения и чтения данных в качестве оперативной
памяти.
Регистр инструкции состоит из регистра кода операций (РКОП), регистра управле-
ния коммутаторами (РУК), регистров управления памятью (РУП), вводом – выводом
данных канала памяти (РВВП), вводом – выводом данных канала АЛУ (РВВ АЛУ), шин-
ными каналами (РШ) и регистров управления входами (РУвх) и выходами (РУвых) ячейки
Для каждого из вышеуказанных регистров выделена своя группа разрядов регистра инст-
рукции.
Конструкция пульсиров
Пульсирующие информационные решётки реализуются на кремниевых пластинах.
Связь между пластинами обеспечивается с помощью оптоэлектронных приборов, миниа-
тюрных свето- и фотодиодов. Для крепления пластин и подачи питания используется
специальная зона. В отверстия зоны запрессованы втулки, в которые вставляются штыри.
На этих штырях собирается конструкция пульсира. Также по этим штырям подаётся
напряжение питания, сигналы тактирования, сброса и другие управляющие сигналы. Поэ-
тому штыри имеют достаточно сложную конструкцию. Пульсир предполагает размещение
ячеек на обеих поверхностях пластины. Электрическое соединение поверхностей пластины
осуществляется через токоведущие дорожки локальных шин, проходящих сквозь пластину.
Конструкция пластины должна обеспечивать возможность наращивания пульсира
по трём координатам. На краях пластины сделаны вырезы. Предложенная конструкция
пластины позволяет строить двумерные и трёхмерные пульсиры. Легко реализуются
замкнутые конфигурации поля, что весьма эффективно при обработке итерационных
алгоритмов. Совокупность оптических преобразователей, расположенных по всей площа-
ди верхней и нижней поверхностей пластины обеспечивает возможность построения
трёхмерных пульсиров.
Рисунок 8 – Схема соединения пластин
соседние пластиныоптические преобразователи
световых каналов
токоведущие дорожки
металлизированные
отверстия
Шмойлов В.И., Бронзов В.О.
«Искусственный интеллект» 3’2008 798
8Ш
На рис. 8 показано электрическое соединение двух пластин в одной плоскости меж-
ду собой. Как видно из рисунка, профиль пластины имеет выступ для сочленения двух
пластин и содержит зону размещения оптических преобразователей краевых ячеек обеих
поверхностей пластины. Каждый оптический преобразователь соединён с ячейкой токо-
ведущей дорожкой. Пластины размещены таким образом, что обеспечивается точное рас-
положение пар преобразователей оптических каналов друг против друга. Для соединения
ячеек с оптическим преобразователем используются токоведущие дорожки, то есть ме-
таллизированные отверстия.
Связь между ячейками двух соседних пластин, расположенных в горизонтальной
плоскости, обеспечивается токоведущими дорожками, проходящими по поверхности плас-
тины и через неё, а также оптическими преобразователями световых каналов.
Уже отмечалось, что кроме плоских полей можно собирать и трёхмерные конструк-
ции пульсира. Поля пульсира расположены достаточно близко, что обеспечивает ком-
мутацию с помощью световых потоков. Но те же малые расстояния не позволяют хорошо
отводить тепло, которое выделяется при работе пластин. Эта проблема стоит особенно
остро, когда пульсиры имеют вид куба. При построении куба возможно использование
пластин с меньшей плотностью размещения транзисторов на единицу площади.
Создание трёхмерного пульсира, состоящего из пластин, вполне реально, однако
оно требует огромных усилий при практическом воплощении проекта. Имея блоки плас-
тин пульсира, состоящих из любого их количества, можно строить вычислительные
«объемы». Так, на рис. 9 показан трёхмерный пульсир, состоящий из шестнадцати бло-
ков, каждый из которых содержит шестнадцать пластин. Верхнюю и нижнюю поверхнос-
ти пластины можно использовать для ввода и вывода информации световыми потоками,
что необходимо в вычислительных системах реального времени.
Рисунок 9 – Трёхмерный пульсир
Таким образом, пульсиры обеспечивают создание вычислительной системы в виде
трёхмерной структуры. Конструктивным элементом следует считать пластину, на обеих
поверхностях которой размещены матрицы ячеек пульсира. Каждая поверхность пласти-
ны содержит по всей её площади оптические преобразователи. Создание трёхмерной
структуры предполагает наращивание пластин в горизонтальной плоскости, когда сосед-
ние пластины соединяются с использованием оптических преобразователей периферий-
ных ячеек, и формирование блоков пластин, в котором пластины расположены друг над
другом. При этом связь между ними осуществляется световыми сигналами оптических
преобразователей, расположенных на всей площади пластины.
Заключение
Несмотря на гигантские успехи микроэлектроники, добивающейся каждые два-три
года двукратного увеличения количества транзисторов в микросхеме, сами размеры
микросхемы растут медленно. Сейчас передовые фирмы мира осваивают микросхемы с
площадью до 400 мм2, то есть кристалл имеет размер 20ммх20мм. Дело в том, что тра-
Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией
«Штучний інтелект» 3’2008 799
8Ш
диционный подход к производству микросхем подразумевает стопроцентную годность
компонентов микросхемы. Любопытно, что и через десять лет специалисты в области
микроэлектроники не ждут заметного увеличения площади интегральных схем. Прогно-
зируется, что в 2010 г. передовые фирмы смогут выпускать микросхемы площадью
1225 мм2, то есть сторона квадрата микросхемы составит лишь 35 мм. И это при том, что
диаметр полупроводниковой пластины уже сейчас достиг 400 мм. Пессимистические
прогнозы вполне объяснимы: просто нет направления в вычислительной технике из
разряда «раскрученных», которое было бы готово выйти на пластину.
И всё-таки перейти на пластину можно, если в качестве элемента брать не ог-
ромный микропроцессор, а процессор однобитовый, требующий для своей реализации
сравнительно небольшой площади. На пластине следует производить однородные среды,
точнее, среды нового поколения, которые названы пульсирами и описанию которых по-
священа эта статья. Переход микроэлектронного производства от чипов, т.е. кристаллов
незначительных размеров, до пластин – полупроводниковых подложек диаметром до
400 мм – это, конечно, революционный этап. И среды готовы к этому скачку прин-
ципиальной важности. Пульсиры, по определению – однородные среды, приспособленные
к реализации на пластине. Переход на новую элементную базу – ОВС на пластине – по
предварительным оценкам позволил бы иметь вычислительные средства с технико-эконо-
мическими параметрами, превышающими параметры существующих вычислительных
систем не на проценты, а в разы и даже на порядки.
Литература
1. Оптоелектронні комп’ютери / Т.Б. Мартинюк, В.П. Кожемяко, С.В. Павлов, Н.І. Заболотна. – Вінниця,
ВДТУ, 1998.
2. Кочерга М.С., Шмойлов В.И. Построение реконфигурируемых вычислительных систем на однородных
вычислительных средах // Вестник Южного научного центра РАН. – 2008. – Т. 2, № 2.
3. Шмойлов В.И. Однородные вычислительные среды // Материалы Международной научной моло-
дежной школы «Высокопроизводительные вычислительные систем». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ,
2008. – С.125-152.
4. Кузьо М.Н., Русин Б.П., Шмойлов В.И. // Однородні обчислювальні середовища // Оптико-електронні
інформаційно-енергетичні технології. – Вінниця. – 2001. – № 2. – С. 19-37.
5. Русин Б.П., Кузьо М.Н., Шмойлов В.И. Реконфигурируемые высокопроизводительные системы на
однородных средах // Автоматика и вычислительная техника. – 2000. – № 3. – С. 72-81.
6. Шмойлов В.И. Архитектура однородных вычислительных сред. – Львов: НТЦ «Интеграл», 1993. – 289 с.
7. Вычислительные системы на однородных средах / В.И. Шмойлов, А.В. Тимченко, М.Н. Кузьо, О.В. Кап-
ший. – Львов: Меркатор, 2003. – 174 с.
8. Кузьо М.М., Русин Б.П., Шмойлов В.И. Пульсирующие информационные решётки – новое поколение
однородных вычислительных сред // Управляющие системы и машины. – Киев, 2004. – № 2. – С. 23-37.
9. Кузьо М.Н., Русин Б.П., Шмойлов В.И. Пульсирующие информационные решётки // Оптико-електронні
інформаційно-енергетичні технології. – Вінниця. – 2001. – № 1. – С. 51-78.
10. Русин Б.П., Кузьо М.Н., Шмойлов В.И. Пульсирующие информационные решётки – новое поколение
однородных вычислительных сред // Автоматика и вычислительная техника. – 2002. – № 1. – С. 60-71.
11. Матричные пульсирующие информационные решётки / В.И. Шмойлов, А.И. Адамацкий, Б.П. Русын,
М.Н. Кузьо. – Львов: Меркатор, 2003. – 338 с.
12. Проектирование пульсирующих информационных решёток / В.И. Шмойлов, Б.П. Русин, М.Н. Кузьо,
О.В. Капший. – Львов: ФМИ НАН Украины, 2000. – 101 с.
13. Библиотека микропрограммных модулей для реализации задач обработки изображений на ОВС /
А.В. Василькевич, А.Г. Дмитриев, Б.И. Лехив, В.И. Шмойлов. – Львов: НТЦ «Интеграл», 1991. – 225 с.
14. Библиотека микропрограммных модулей арифметических и логических операций для чисел с
фиксированной запятой / Банковский А.Г., Карпа Н. М., Маланина Н.М., Шимкив А. П., Шмойлов В.И. –
Львов: НТЦ «Интеграл», 1990. – 246 с.
There are viewed pulsating information lattices with matrix switching (pulsirs). Pulsating information lattices (pulsirs)
are homogeneous computing environments of new generation, oriented to silicon wafers with diameter up to 400 mm.
Pulsir is a set of bit-processors with close-range interaction. Pulsirs with matrix switching are the second generation
pulsirs with extended commutation system which provides data flow commutation between cells placed on both sides
of silicon wafer and on different wafers.
Статья поступила в редакцию 22.07.2008.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7166 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-5359 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T00:56:44Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шмойлов, В.И. Бронзов, В.О. 2010-03-25T12:22:22Z 2010-03-25T12:22:22Z 2008 Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией / В.И. Шмойлов, В.О. Бронзов // Штучний інтелект. — 2008. — № 3. — С. 790-799. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7166 004.272 Рассматриваются пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией (пульсиры). Пульсиры представляют собой однородную вычислительную среду, ориентированную не на микросхему, а на пластину – кремниевую подложку диаметром до 400 мм. Пульсиры – совокупность однобитовых процессоров, которые соединены между собой «по близкодействию». Пульсиры с матричной коммутацией – пульсиры второго поколения, имеют развитую систему связей, которая обеспечивает коммутацию информационных потоков между ячейками, расположенными как на обеих поверхностях пластины, так и на разных пластинах. There are viewed pulsating information lattices with matrix switching (pulsirs). Pulsating information lattices (pulsirs) are homogeneous computing environments of new generation, oriented to silicon wafers with diameter up to 400 mm. Pulsir is a set of bit-processors with close-range interaction. Pulsirs with matrix switching are the second generation pulsirs with extended commutation system which provides data flow commutation between cells placed on both sides of silicon wafer and on different wafers. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией Article published earlier |
| spellingShingle | Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией Шмойлов, В.И. Бронзов, В.О. Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем |
| title | Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией |
| title_full | Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией |
| title_fullStr | Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией |
| title_full_unstemmed | Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией |
| title_short | Пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией |
| title_sort | пульсирующие информационные решётки с матричной коммутацией |
| topic | Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем |
| topic_facet | Архитектура, алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальных многопроцессорных систем |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7166 |
| work_keys_str_mv | AT šmoilovvi pulʹsiruûŝieinformacionnyerešetkismatričnoikommutaciei AT bronzovvo pulʹsiruûŝieinformacionnyerešetkismatričnoikommutaciei |