【科普】性能比超級計算機快一萬倍的「光腦」

2020-11-23 OFweek維科網

  隨著科學技術的飛速發展,人類社會已經邁入了計算機時代,計算機和網際網路已經與人們的日常工作、學習和生活息息相關。我們享受計算機帶來的開放與互動的同時,也忍受著電腦處理速度慢、經常卡住甚至死機的煩惱;散熱不良、定時清理電腦的煩惱;將笨重的筆記本電腦背來背去、勞累異常的煩惱。

  有沒有一種計算機是超常的?能夠讓人甩掉這些煩惱?普通人夢寐以求的設備會成為現實嗎?將來的行動裝置能否超越目前最快的超級計算機?「光腦」給出了答案。

  何謂「光腦」?

  所謂「光腦」,其實是對應於電腦而言,是光子計算機的簡稱。光子計算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。不同於電子計算機對電子的控制,光子計算機的運行依靠雷射器、光學反射鏡、透鏡、濾波器等光學元件和設備對光子的控制完成光運算。

  

  用光線代替電線的光子計算機

  性能:比超級計算機快一萬倍

  用光子做傳遞信息的載體,可以製造出性能更優異的「光腦」。它的性能優越性體現在:

  1. 並行傳輸

  由於目前電子計算機的CPU(中央處理器,相當於人的大腦)採用串行的處理方式,直接導致其工作時間實際只佔了總時間的三分之一,那麼它的大部分時間用來做什麼了呢?

  傳輸數據,也就是我們所說的緩存。

  試想一下,本來性能就一般的家用電腦大部分時間用來休息,這不是要氣死本寶寶嗎?幸好,「光腦」是通過光子進行數據傳播。光子彼此之間沒有幹擾,齊頭並進。當電子排著長隊一個一個的緩慢通過處理器到達緩存時,光子已經肩並肩的開著光速飛機飛馳而過了。

  

  光子傳輸的並行高速性

  2. 超高速運算

  光子計算機並行處理能力強,因而具有更高的運算速度。

  電子的傳播速度是593km/s,而光子的傳播速度卻達3×10^5km/s。對於電子計算機來說,電子是信息的載體,它只能通過一些相互絕緣的導線來傳導,即使在最佳的情況下,電子在固體中的運行速度也遠遠不如光速,儘管目前電子計算機運算速度不斷提高,但它的能力極限還是有限的。

  一旦光子計算機成功問世,將會比現在的超級計算機快1000~10000倍。

  此外,電子計算機隨著裝配密度的不斷提高,會使導體之間的電磁作用不斷增強,散發的熱量也在逐漸增加,從而制約運行速度。而光子計算機就沒有這種煩惱。

  3. 超大規模的信息存儲容量

  與電子計算機相比,光子計算機具有超大規模的信息存儲容量。光子計算機具有極為理想的光輻射源——雷射器,光子的傳導是可以不需要導線的,而且即使在相交的情況下,它們之間也不會產生絲毫的相互影響。光子計算機無導線傳遞信息的平行通道,其密度實際上是無限的,一枚五分硬幣大小的枚鏡,它的信息通過能力竟是全世界現有電話電纜通道的許多倍。

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