Architekturen, Algorithmen und Technologien der optoelektronischen Rechentechnik

by    Dietmar Fey

Preprint series: 99-06, Reports on Computer Science

MSC:
68Q35 VLSI algorithms
CR: C.1.2;C.5.4

Abstract: Autor (Name, Vorname): Fey, Dietmar

Titel der Dissertation: deutsch:
Architekturen, Algorithmen und Technologien der optoelektronischen Rechentechnik
englisch: Architectures, algorithms and technologies
for optoelectronic computing
Betreuer (Name, Vorname) Erhard, Werner
Datum (TT.MM.JJ) der Verteidigung 6.1.1999
Publikationsjahr: 1999
Keywords (Schlagworte): Optoelektronik, Optoelektronische
VLSI-Architekturen, Optische Verbindungen,
Optik in der Rechentechnik, 3-D VLSI,
Assoziativspeicher, Signalprozessoren,
RISC-Architekturen, massiv-parallele Systeme,
Entwurfssysteme für optoelektronische Systeme
Dokumenttyp: Postscript
Abstract (Zusammenfassung):
Der Einsatz optischer Verbindungen in der Rechentechnik verspricht viele
der heute bei der Kommunikation zwischen Leiterplatten und zwischen
integrierten Schaltkreisen auftretenden Engpässe zu lösen. Optische
Verbindungen moderater Parallelität (10-20 Kanäle) zwischen Baugruppen
sind, wie die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, mittlerweile technisch
machbar. Die effiziente Nutzung optischer Verbindungen im Bereich
chip-to-chip zum Aufbau eines 3-dimensionalen optoelektronischen VLSI
(3-D OE-VLSI) erfordert dagegen we-sent-lich stärkere Eingriffe in die
Architektur derzeitiger VLSI-Systeme. Aufgabe der Informatik ist einerseits
die Entwicklung geeigneter Architekturen und zugehöriger Algorithmen und
andererseits der Nachweis der hardwaretechnischen Machbarkeit der
entwickelten Architekturkonzepte.

In der Arbeit werden eine Reihe von Architekturvorschlägen unterbreitet,
die weitgehend bis auf die Hardwareebene spezifiziert sind und teilweise
in ersten Demonstrator- und Testschaltkreisen realisiert wurden. Dies
betrifft ein superskalares aus Superpipelinestufen aufgebautes
optoelektronisches 3-D Rechenwerk für Ganzzahlarithmetik, einen binären
neuronalen Assoziativspeicher, rekonfigurier-bare Hardwarestrukturen, eine
3-D Architektur für Signalprozessoren, systolische Addierer und ein
Architekturkonzept für einen digitalen optoelektronischen
Bildverarbeitungsprozessor. Durch theoretische Vergleiche wird der Nachweis
erbracht, daß für die genannten Architekturen durch den Einsatz eines
hochdichten optischen Verbindungssystems Steigerungen der Durchsatzrate von
1-3 Größenordnungen gegenüber rein-elektronischen Systemen möglich sind.
Für den Assoziativspeicher, die rekonfigurierbare Hardware und das 3-D
Rechenwerk für Ganzzahlarithmetik wurden erste einfache
OE-VLSI-Schaltkreise auf der Basis optischer Modulatoren und PN-Detektoren
realisiert. Da der Entwurf solcher Systeme neue rechnergestützte
Entwurfssysteme erfordert, werden ferner die im Rahmen der Arbeit
durchgeführten Entwicklungen für ein Simulations- und Synthesewerkzeug für
3-D OE-VLSI-Systeme dargestellt.





Keywords: Optoelektronik, 3-D- VLSI, Assoziativspeicher, RISC-Architektur, Signalprozessoren

Upload: 1999-02-09

Update: 1999-09-28


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