原標(biāo)題：上大自主研發(fā)三值光學(xué)計(jì)算機(jī)，運(yùn)算能力堪比2.3萬個(gè)常用CPU

超級(jí)計(jì)算機(jī)可以裝進(jìn)行李箱

傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)通常用“1”和“0”代表電位高與低兩種物理狀態(tài)，以二進(jìn)制運(yùn)算。但如果“二”變成“三”，有3個(gè)物理狀態(tài)值參與運(yùn)算，將會(huì)給計(jì)算機(jī)世界帶來怎樣的顛覆?本屆工博會(huì)高校展區(qū)，上海大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將向大眾展示完全自主創(chuàng)新的一臺(tái)三值光學(xué)計(jì)算機(jī)原型機(jī)，以光的力量突破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力提升瓶頸。

從16種到19683種結(jié)果的突破

計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)處理器增加位數(shù)越來越難，不得不依靠在單核基礎(chǔ)上做加法，以多個(gè)處理器的“多核”提高計(jì)算能力。

然而，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用需求的拓展，針對(duì)各種全新機(jī)制的計(jì)算機(jī)研究崛起，其中包括量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等。上海大學(xué)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的三值光學(xué)計(jì)算機(jī)獨(dú)樹一幟。什么是三值光學(xué)計(jì)算機(jī)?團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)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(dá)，其中“亮態(tài)”還可分為兩個(gè)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(gè)狀態(tài)，使得光學(xué)定義上一個(gè)數(shù)據(jù)位可以有三個(gè)取值，突破了“1”和“0”的限制。“可別小看這多出的一個(gè)取值。”金翊說，傳統(tǒng)的2值邏輯運(yùn)算可以有16種結(jié)果，而3值的話，這一數(shù)字就能達(dá)到3的9次方即19683種，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域意味著更廣闊的應(yīng)用范圍。

傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)單核處理器的運(yùn)算能力已很長時(shí)間停留在64位。初出茅廬的三值光學(xué)計(jì)算機(jī)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(xué)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)位數(shù)非常多，可輕易達(dá)百萬位。另一方面，數(shù)百萬像素液晶屏的功耗也在毫瓦級(jí)，決定了三值光學(xué)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)加法運(yùn)算中的進(jìn)位過程。“無進(jìn)位”加法的使用，令計(jì)算機(jī)運(yùn)算過程中百萬位級(jí)別的加法與“1+1”的運(yùn)算耗時(shí)一樣長。

目前不少國家都在發(fā)展超級(jí)計(jì)算機(jī)。超高級(jí)別的運(yùn)算能力、能耗及速度需求，令它們無一不需要超大空間，有時(shí)甚至需要近萬平方米。然而，全新開發(fā)的三值光學(xué)計(jì)算機(jī)令超級(jí)計(jì)算機(jī)裝進(jìn)行李箱成為可能。

擁有三值光學(xué)計(jì)算機(jī)各項(xiàng)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(dá)1GHz的三值光學(xué)處理器，估計(jì)其耗電量與筆記本電腦相當(dāng)，體積與兩臺(tái)筆記本電腦摞起來相當(dāng)。若將其運(yùn)算能力折合到64位、主頻2GHz的處理器，則相當(dāng)于2.3萬個(gè)當(dāng)前常用的CPU。”據(jù)介紹，去年12月，基于三值光學(xué)計(jì)算機(jī)構(gòu)架的系統(tǒng)SD16完成三值邏輯光學(xué)處理器構(gòu)造和實(shí)測(cè)。今年3月28日23時(shí)47分，SD16的0號(hào)機(jī)完成48位TW型MSD并行加法器運(yùn)算測(cè)試。在研究團(tuán)隊(duì)眼中，這代表著三值光學(xué)計(jì)算機(jī)的0年0時(shí)0分0秒，是一個(gè)新的起點(diǎn)。

目前多個(gè)國家已啟動(dòng)這方面的研究，上海大學(xué)是唯一能夠制造三值光學(xué)計(jì)算機(jī)硬件和軟件完整系統(tǒng)的單位。目前這個(gè)領(lǐng)域的各項(xiàng)專利都屬于上海大學(xué)。