“比超级计算机快一万倍 ＂光脑＂究竟是什么？”

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制作:幻彩婴儿科技创新公社

监制:中国科学院计算机网络新闻中心

导言:随着科学技术的飞速发展，人类社会已经进入计算机时代，计算机和网络已经与人们的日常工作、学习和生活密切相关。 我们享受着电脑带来的开放、互动的东西，忍受着电脑解决速度慢、经常堵塞、死机的烦恼。 散热不良、定时整理电脑烦恼； 背着笨重的笔记本电脑，疲惫异常的烦恼。

有超常的电脑吗？ 这些烦恼能消除吗？ 普通人梦想的设备会变成现实吗？ 未来的移动设备能超过目前最快的超级计算机吗？ “光脑”给出了答案。

什么是“光脑”？

所谓“光脑”，其实是与计算机相对应的，是光子计算机的简称。 光？ 子计算机是从光信号进行数字运算、逻辑运算、新闻存储和解决的新型计算机。 与电子计算机对电子的控制不同，光子计算机的工作依赖于激光、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备对光子的控制来完成光运算。

用光代替电线的光子计算机

性能:比超级计算机快1万倍

通过将光子用作传播新闻的载体，可以制造性能更好的“光脑”。 其性能优势如下

1 .并行传输

由于目前电子计算机的cpu (中央解决方案，相当于人脑)使用的是串行解决方案，其工作时间实际上只占总时间的三分之一，那大部分时间用来做什么？

传输数据是所谓的缓存。

请考虑一下。 原来的性能是普通家用电脑的大部分时间用于休息。 这不是惹宝宝生气吗？ 幸运的是，“光脑”通过光子进行数据传递。 光子之间没有干涉，并肩前进。 当电子排起长队，一个接一个地慢慢通过解析器到达缓存时，光子肩并肩地行驶着光速飞机。

光子传输的并行高速性

2 .超高速运算

光子计算机由于并行解决能力强，具有更高的计算速度。

电子的传输速度为593km/s，但光子的传输速度可达3×10^5km/s。 对电子计算机来说，电子是新闻的载体，它可以通过一点相互绝缘的导线进行传导，甚至在最佳情况下，电子在固体中的运行速度也远不及光速。 虽然目前电子计算机的计算速度不断提高，但其能力的局限性还很有限。

光子计算机出现后，会比现在的超级计算机快1000~10000倍。

另外，电子计算机随着封装密度的提高，导体间的电磁作用增强，释放的热量也增加，运转速度受到制约。 光子计算机没有这样的烦恼。

3 .超大规模的新闻存储容量

光子计算机与电子计算机相比具有超大规模的新闻记忆容量。 光子计算机具有极其理想的光辐射源——激光，光子的传导可以不需要导线，甚至在交叉的情况下，它们之间也不会产生任何相互影响。 光子计算机是一种无导线传播新闻的并行通道，其密度实际上是无限的，是一面5美分硬币大小的镜子，其新闻通过能力是世界现有电话电缆通道的好几倍。

4 .能量消耗小，散热量低

光子计算机是节能型产品。 光子计算机的驱动，只是同类规格电子计算机的一小部分驱动能量，这不仅降低了功耗，大大减少了机器的发热，而且为光子计算机的小型化和便携化开发，提供了便利的条件。

“光脑”的灵感来自蝴蝶

就像牛顿从树上掉下来的苹果最终领悟到了有名的万有引力定律一样，瓦特从沸腾的水中灵感发明了蒸汽机，科学家开发“光脑”的灵感也来自自然。

科学家发现蝴蝶翅膀美丽的颜色既不是染料色也不是颜料色，而是一种新的颜色——结构色。

该结构饱和度高，光泽美丽，环境友好，不褪色。 蝴蝶翅膀中的特定周期结构(上图)对光具有控制性能，使得某一频率范围的波不能传递该周期结构而被散射。 具有这种特定周期结构的物质被称为光子晶体。

电子计算机这样的半导体元件可以选择性地通过电子，光子计算机的光子晶体也可以作为光的开关实现“0和1”的逻辑运算。 光子计算机的主要部件激光(如下图)就是通过这个原理实现的。

“什么时候跳进普通老百姓家的？”

光子计算机由光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和器件构成。 有模拟式和数字式两种光子计算机。

模拟式光子计算机的优点是直接利用了光学图像的二维性，因此结构比较简单。 该光子计算机用于卫星图像的解决和模式识别工作。

数字计算机的结构方案有多种，其中被认为开发价值较大的有两种，一种是在电子计算机中使用已经成熟的结构，用光学逻辑元件代替电子逻辑元件，用光子互联代替布线互联。 另一种是基于全新的并行解决(光神经互联网)的结构。

光子计算机已经成功，同时取得了一系列新的进展，例如来自美国杜克大学的计算机电子工程师团队开发出了可以实现超高速开关的led灯，可以开关每秒900亿次的性能，代替了以前的led技术，光子计算机的硬件。

目前我们采用的是电子计算机，但从快速发展的潜力来说，光子计算机比电子计算机大得多，特别是在图像解决、目标识别、人工智能等方面，光子计算机显然将来会发挥远远大于电子计算机的作用。

结语:具有并行传输、超高速运算、超大规模新闻存储容量、能耗小、散热量低等优点的“光脑”，是未来最有可能替代计算机的选手。 我相信在不久的将来，“光脑”将从军事走向民间，成为人们日常生活的伙伴。

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来源：成都新闻网