上大自主研發(fā)光學計算機 運算能力堪比2.3萬個常用CPU

原標題：上大自主研發(fā)三值光學計算機，運算能力堪比2.3萬個常用CPU

超級計算機可以裝進行李箱

傳統(tǒng)電子計算機通常用“1”和“0”代表電位高與低兩種物理狀態(tài)，以二進制運算。但如果“二”變成“三”，有3個物理狀態(tài)值參與運算，將會給計算機世界帶來怎樣的顛覆?本屆工博會高校展區(qū)，上海大學研究團隊將向大眾展示完全自主創(chuàng)新的一臺三值光學計算機原型機，以光的力量突破傳統(tǒng)計算機運算能力提升瓶頸。

從16種到19683種結(jié)果的突破

計算機發(fā)展史上，4位電子CPU出現(xiàn)在1971年;直至2006年才出現(xiàn)64位CPU。由于電子器件存在絕緣解決方案的瓶頸，傳統(tǒng)原理的計算機處理器增加位數(shù)越來越難，不得不依靠在單核基礎上做加法，以多個處理器的“多核”提高計算能力。

然而，隨著計算機應用需求的拓展，針對各種全新機制的計算機研究崛起，其中包括量子計算機、生物計算機、DNA計算機、超導計算機等。上海大學團隊自主研發(fā)的三值光學計算機獨樹一幟。什么是三值光學計算機?團隊負責人金翊介紹，光有著不同于電的物理特性。在他們的研究中，光的物理狀態(tài)以“暗態(tài)”“亮態(tài)”來表達，其中“亮態(tài)”還可分為兩個正交的偏振態(tài)，如同兩只眼睛不同視角可看到立體電影一般。如此3個狀態(tài)，使得光學定義上一個數(shù)據(jù)位可以有三個取值，突破了“1”和“0”的限制。“可別小看這多出的一個取值。”金翊說，傳統(tǒng)的2值邏輯運算可以有16種結(jié)果，而3值的話，這一數(shù)字就能達到3的9次方即19683種，在計算機應用領域意味著更廣闊的應用范圍。

傳統(tǒng)電子計算機單核處理器的運算能力已很長時間停留在64位。初出茅廬的三值光學計算機用液晶陣列控制光束的偏振方向，配合偏振片來完成信息處理。由于液晶陣列的像素非常多，又不存在絕緣瓶頸，所以三值光學計算機的數(shù)據(jù)位數(shù)非常多，可輕易達百萬位。另一方面，數(shù)百萬像素液晶屏的功耗也在毫瓦級，決定了三值光學計算機耗能很小。更值得一提的是，基于光的特性，研究人員專門研發(fā)了名為MSD的特殊加法器，用神奇的方式省去計算機加法運算中的進位過程。“無進位”加法的使用，令計算機運算過程中百萬位級別的加法與“1+1”的運算耗時一樣長。

目前不少國家都在發(fā)展超級計算機。超高級別的運算能力、能耗及速度需求，令它們無一不需要超大空間，有時甚至需要近萬平方米。然而，全新開發(fā)的三值光學計算機令超級計算機裝進行李箱成為可能。

擁有三值光學計算機各項專利

“不久的將來，我們使用14英寸高清液晶顯示器工藝和近年出現(xiàn)的超高速液晶材料，可制造出3百萬位、主頻達1GHz的三值光學處理器，估計其耗電量與筆記本電腦相當，體積與兩臺筆記本電腦摞起來相當。若將其運算能力折合到64位、主頻2GHz的處理器，則相當于2.3萬個當前常用的CPU。”據(jù)介紹，去年12月，基于三值光學計算機構(gòu)架的系統(tǒng)SD16完成三值邏輯光學處理器構(gòu)造和實測。今年3月28日23時47分，SD16的0號機完成48位TW型MSD并行加法器運算測試。在研究團隊眼中，這代表著三值光學計算機的0年0時0分0秒，是一個新的起點。

目前多個國家已啟動這方面的研究，上海大學是唯一能夠制造三值光學計算機硬件和軟件完整系統(tǒng)的單位。目前這個領域的各項專利都屬于上海大學。