專利名稱：基于密集波分復用技術的多路光學并行運算與處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及密集型波分復用技術及多路光學并行邏輯運算或處理技術與器件。
(二)
背景技術：
以半導體邏輯門為基礎可以制作出電子計算機和各種邏輯功能器件，這些器件使人類社 會的工作和生活方式發(fā)生了革命性的變化，人類文明也由傳統(tǒng)文明邁向了信息化文明。目前 信息化社會的發(fā)展受到了一定的制約基于傳統(tǒng)的電子邏輯門的邏輯功能器件和電子計算機 的處理能力難以滿足人們對信息處理容量和速度的日益增長的需求。由此激發(fā)了人們探索更 高速度的邏輯器件，光學邏輯器件的研究就是在這樣的背景下受到了人們的廣泛關注和重視， 這是因為光信號比電子在半導體中的傳播速度要高很多倍，從而使得光學邏輯器件有更高的 邏輯運算速度。
提高速度的另一個途徑是采用多路信號并行運算的方式。雖然并行運算計算技術已經(jīng)比 較成熟，但是傳統(tǒng)的并行運算都無一例外要使用多個處理器，這就增加了系統(tǒng)的制造成本和 運行功耗。
波分復用技術是在無線電通信和光通信技術中發(fā)展起來的一種技術。它的特點用一個傳 輸線路可以傳輸許多個波長的無線電波或光波，使得通信容量成倍數(shù)關系增加。
在光學并行運算或處理方面，目前有報道的是在空間上并行傳輸多路光，每組輸入光進 入一個邏輯元件進行邏輯運算或處理。這在本質上與傳統(tǒng)的多處理器并行運算方式并無區(qū)別。
本發(fā)明將波分復用(WDM)技術與邏輯處理器結合起來，從不同通道輸入的多路信號分別 加載到不同波長的光波上，然后將這些光波通過WDM復用器或密集波分復用器(DWDM)合成 后輸入到光學邏輯器件中去進行邏輯運算，最后再通過WDM/DWDM解復用器將各個波長的波分 出來，從不同通道輸出。這樣就實現(xiàn)了用一個邏輯器件對多路(可以從數(shù)個通道到多達數(shù)千 個通道)信號的同時并行處理。通過這種方法，將使得一個具有一定帶寬的光學邏輯處理器 的處理能力有多達數(shù)千倍的提升，而制作成本卻基本不變。
本發(fā)明的多路光學并行運算與處理方法也可以與傳統(tǒng)的多處理器并行運算方式結合起來 產生更強大的并行運算技術。
(三)

發(fā)明內容
本發(fā)明的基本系統(tǒng)如圖1所示，包括1個或多個WDM/DWDM復用器(個數(shù)等于邏輯運算器 /處理器的輸入變量數(shù))、 一個邏輯運算/處理單元、 一個WDM/DWDM解復用器，如圖1所示。
圖1中，每個波長都有三個輸入信號，可以根據(jù)實際邏輯運算器/處理器的輸入變量的數(shù) 目情況，將每個波長的輸入信號減少為1個，或者增加為N個(當邏輯運算器/處理器的輸入 變量為N個時)。
圖1中，邏輯運算器/處理器的輸出變量為1個，當輸出變量個數(shù)為M個時，需要有M個 WDM/DWDM解復用器。圖2給出了邏輯運算器/處理器輸出變量數(shù)為3的情況。
圖3給出了本發(fā)明的多路光學并行運算與處理方法與傳統(tǒng)的多處理器并行運算方式結合 的復合并行運算/處理系統(tǒng)。其中，為了簡明起見，選用了 3個并行邏輯運算器/處理器，每 個邏輯運算器/處理器的輸入變量假設為3個，每個邏輯運算器/處理器的輸出變量數(shù)假設為 l個。同前面的敘述，可以任意增減每個邏輯運算器/處理器的輸入或輸出變量的個數(shù)。
本發(fā)明中，并行運算能力正比于WDM/DWDM的通道數(shù)，該通道數(shù)的最大值又受到邏輯運算 器/處理器的帶寬的限制。邏輯運算器/處理器的帶寬越寬，則可以設置的WDM/DWDM的通道數(shù) 就越多，可以獲得的并行運算能力就越高。(四)


圖1:基于密集波分復用技術的多路光學并行運算與處理方法的基本系統(tǒng)。其中，左邊 的WDM/DWDM為波分復用器，它將不同波長的波合成為一個波；中間的邏輯單元(Optical Logic Unit)可以是具有任意邏輯功能的邏輯功能器件；右邊的WDM/DWDM為解復用器。中間邏輯單 元的輸入變量數(shù)為3，輸出變量數(shù)為l，它們都可以根據(jù)需要而改變。
圖2:為多個輸出變量的基于密集波分復用技術的多路光學并行運算與處理方法的基本 系統(tǒng)。它與圖1的區(qū)別在于，光學邏輯單元(運算器/處理器)的輸出變量為3個，這時需要 3個解復用器。
圖3:為本發(fā)明的多路光學并行運算與處理方法與傳統(tǒng)的多處理器并行運算方式結合的 復合并行運算/處理系統(tǒng)。其中，每個邏輯運算器/處理器的輸入變量數(shù)設為3，可以調整為 任意個輸入變量，這時輸入端的復用器的個數(shù)也要做相應的調整；每個邏輯運算器/處理器的 輸出變量數(shù)設為l，可以調整為多個輸出變量，這時需要增加輸出端的解復用器的個數(shù)。
具體實施方式
下面通過一個具體的例子來說明實施方式。
例設某邏輯功能器件有4個輸入邏輯變量和5個輸出邏輯變量，該邏輯功能器件的工 作帶寬為80rm，現(xiàn)在需要將它擴展為具有并行運算處理功能。選擇目前比較常用的100GHz 間隔的DWDM (波長間隔為0. 8皿)，則可以將邏輯功能器件擴展為100于該器件原來的運算/ 處理能力。這時需要有4個100通道的DWDM復用器和5個100通道DWDM解復用器。將它們 按照圖2的方式連接起來就可以了。
權利要求
1.一種基于密集波分復用(DWDM)技術的多路光學并行運算與處理方法，其特征在于使具有一定帶寬的普通光學邏輯器件(例如光學邏輯門、光學邏輯比較器、光學CPU等)具有光學邏輯信息處理和光學并行運算的能力。
2. 按權利要求1所述的實現(xiàn)多路光學并行運算與處理方法，其特征在于包含一個DWDM 復用器、 一個具有一定帶寬的普通光學邏輯器件和一個DWDM解復用器。
3. 按權利要求1所述的實現(xiàn)多路光學并行運算與處理方法，其特征在于并行輸入多 路中心波長不同的光波，每路光波加載有不同的光學邏輯信號。
4. 按權利要求1所述的實現(xiàn)多路光學并行運算與處理方法，其特征在于并行輸入的 多路信號經(jīng)過DWDM復用器合成后一并輸入到系統(tǒng)中的光學邏輯器件中進行同樣功 能的邏輯運算，經(jīng)過邏輯運算處理的信號再經(jīng)過DWDM解復用器分為不同波長的光波 輸出；每個輸出光波中攜帶的是對應輸入通道的原始輸入信號的邏輯運算或邏輯處 理的結果信息。
5. 按權利要求1所述的實現(xiàn)多路光學并行運算與處理方法，其特征在于密集波分復 用系統(tǒng)的工作波長范圍與光學邏輯器件的工作波長范圍一致。
6. 按權利要求l所述的實現(xiàn)多路光學并行運算與處理方法，其特征在于系統(tǒng)中的邏 輯運算或處理器件可以是單個的邏輯門，可以是由任意多個邏輯門構成的邏輯功能 器件，也可以是由邏輯門和模擬器件組成的混合邏輯器件。
7. 按權利要求1所述的實現(xiàn)多路光學并行運算與處理方法，其特征在于系統(tǒng)中的邏輯運算或處理器件的邏輯可以是基于幅度的邏輯信號，也可以是基于波長的邏輯信 號，還可以是基于相位的邏輯信號。
8. 按權利要求1所述的實現(xiàn)多路光學并行運算與處理方法，其特征在于當信道的數(shù)量不多時，可以將DWDM器用普通的WDM來替代。
9. 按權利要求1所述的實現(xiàn)多路光學并行運算與處理方法，其特征在于密集型波分復用系統(tǒng)的工作波段可以選擇為任意電磁波波段，包括微波波段、毫米波波段、亞毫米波波段、太赫茲(THz)波段、紅外波段、可見光波段、紫外波段、X波段等。
全文摘要
一種基于密集波分復用技術的多路光學并行運算與處理方法，其做法如下。一個邏輯運算表達式中的第i(i＝1，2，…，L)組邏輯輸入變量分別加載在相同波長的幾路光波(波長i)上；把那些需要進入邏輯運算器第j(j＝1，2，…，M)個輸入端子的不同波長的信號送入第j個WDM/DWDM復用器中合成，合成后的波再輸入到具有一定工作帶寬的邏輯運算器的第j個輸入端；邏輯運算器的每個輸出端子各接一個有L個輸出通道的解復用器。該系統(tǒng)實現(xiàn)了L組(每組M個)變量的并行邏輯運算處理。這種方法不需要增加邏輯運算處理器的個數(shù)，只需要一個邏輯運算處理器，配置必要的WDM/DWDM，就可以實現(xiàn)多達數(shù)千組邏輯變量的并行運算處理。該方法可以與傳統(tǒng)的采用多個處理器的并行運算處理方法相結合制作出能實現(xiàn)數(shù)萬組以上的邏輯變量進行并行運算處理的系統(tǒng)。
文檔編號H04J14/02GK101252408SQ20081006500
公開日2008年8月27日 申請日期2008年1月2日 優(yōu)先權日2008年1月2日
發(fā)明者強 劉, 歐陽征標 申請人:深圳大學;歐陽征標