Optik in der Rechentechnik

Dietmar Fey

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Beschreibung

Der TEUBNER-TEXT "Optik in der Rechentechnik" vermittelt neben den Grundlagen auch den aktuellen Stand der Technik auf dem Gebiet. Das Buch stellt interdisziplinär eine Verbindung zwischen der Informatik, Photonik und Elektronik her. Es wendet sich sowohl an Informatiker, die mehr über die Möglichkeiten der Optik in der Schaltkreis- und Netzwerktechnik wissen möchten, als auch an Physiker und Ingenieure, die sich umfassend über die Anwendung optischer und optoelektronischer Technologien in Architekturen informieren wollen.
Grundlagen und neueste Ergebnisse zum Zusammenhang Informatik, Photonik und Elektronik interdisziplinäre Darstellung
Autorentext
Professor Dr. Dietmar Fey, Universität Jena
Inhalt
1 Motivation und Stand der Technik.- 1.1 Motivation.- 1.2 Entwicklung mikroelektronischer Schaltkreise.- 1.2.1 Von SSI zu VLSI.- 1.2.2 Die Verbindungskrise in der VLSI-Technik.- 1.3 Optische Verbindungen fur die Rechentechnik.- 1.3.1 Optische Verbindungen zwischen Baugruppen.- 1.3.2 Optische Verbindungen auf Leiterplatten.- 1.3.3 Optische Verbindungen zwischen integrierten Schaltkreisen.- 1.4 Optische Digital-/Analogrechner.- 1.5 Stand der Technik.- 1.5.1 Optoelektronische Schaltkreise.- 1.5.2 Optische Verbindungstechnik.- 1.5.3 Optoelektronische Architekturen.- 1.5.4 Entwurfswerkzeuge für 3-D OE-VLSI.- 1.6 Optische Netzwerke.- 1.7 Kapitelübersicht.- 2 Einführung in die Technologie der Optik für die Rechentechnik.- 2.1 Grundlagen der VLSI-Technik.- 2.2 Grundlagen des CMOS-Schaltungsentwurfs.- 2.2.1 N- und P-Kanal-Transistoren.- 2.3 Passive optische Bauelemente zur Lichtwegeführung und -ablenkung.- 2.3.1 Diffraktive optische Elemente.- 2.3.2 Computergenerierte Elemente.- 2.3.3 Holographisch optische Elemente.- 2.3.4 Refraktive Strukturen.- 2.4 Basiselemente von OE-VLSI-Schaltkreisen.- 2.4.1 Physikalische Grundlagen: Absorption, spontane und stimulierte Emission.- 2.4.2 Optische Detektoren.- 2.4.3 Optische Sender.- 2.5 Integrationstechniken.- 2.5.1 Gesteckte Optik.- 2.5.2 Planare Optik.- 2.5.3 Faserfelder.- 3 Allgemeine Leistungsanalyse von 3-D OE-VLSI-Architekturen.- 3.1 Abstraktes Architekturmodell für 3-D OE-VLSI-Systeme.- 3.2 Mathematische Formeln für die parametrisierte Leistungsanalyse.- 4 Architekturbeispiele für effiziente 3-D OE-VLSI-Sehaltkreise.- 4.1 Ein optoelektronischer superskalarer 3-D Prozessor für Ganzzahlarithmetik.- 4.1.1 Vorzeichenbehaftete Zahlendarstellung.- 4.1.2 Addition und Subtraktion.- 4.1.3 Realisierung der Multiplikation.- 4.1.4 Realisierung der Division.- 4.1.5 Rückkonvertierung einer SD-Zahl ins 2er-Komplement.- 4.1.6 Abbildung auf eine optoelektronische 3-D Architektur.- 4.1.7 Abschätzung der Rechenleistung.- 4.1.8 Erste Realisierung und Simulationsergebnisse.- 4.2 Optoelektronische 3-D Prozessoren für Festpunktarithmetik.- 4.2.1 CORDIC und Bitalgorithmen.- 4.2.2 Der verallgemeinerte CORDIC.- 4.2.3 Bitalgorithmen.- 4.2.4 Abbildung auf eine 3-D OE-VLSI-Architektur.- 4.3 Optisch rekonfigurierbare Hardware.- 4.3.1 Prinzipielle Vorteile optischer Verbindungen für dynamisch rekonfigurierbare Hardware.- 4.3.2 Beispiele für optoelektronisch rekonfigurierbare Hardware.- 4.3.3 OptoRAP ein Konzept für eine dynamische rekonfigurierbare optoelektronische Parallelarchitektur.- 4.3.4 Mit OptoRAP emulierbare Architekturen.- 4.4 Ein optoelektronischer paralleler Bildverarbeitungsprozessor für Binärbilder.- 4.4.1 Die Operationen des Bildverarbeitungsprozessors.- 4.4.2 Architektur des Prozessorelements.- 4.4.3 Simulation und Logiksynthese des optischen Bildverarbeitungsprozessors.- 5 Optische Netzwerke.- 5.1 Physikalische Grundlagen optischer Netzwerke.- 5.2 Optischer Wellenlängenmultiplex.- 5.3 Komponenten eines optischen WDM-Netzwerkes.- 5.4 Architekturen optischer Netze.- 5.5 Routing-Verfahren in WDM-Ring-Netzen.