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日期:2019-06-24编辑作者:军事新闻

(原标题:美军投巨资研制光子芯片 将成战争“最强大脑”)

美国科罗拉多大学科研人员日前研制成功世界上第一款依靠“光子”传输资料的微处理器芯片。美国科罗拉多大学研制的光子芯片,依靠“光子——电子”系统协同运转,单个芯片上整合了超过7000万个电晶体以及850个光子元件,具有逻辑处理电路、内存等功能,比现有的电子芯片运行速度快50倍。据科学估算,未来单个光子芯片将能同时执行100万个并行任务,大量光子芯片并行运算,数据处理能力可达到目前最庞大的电子芯片计算机的1000倍。采用光子芯片不仅可以提升计算机的运算速度,更可以轻松实现对人脑思维的模拟,人工智能水平将得到巨大提升。未来光子芯片还将用于军事通信加密、军用新材料和非传统武器的开发,对军事变革和社会发展产生强有力助推。

光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成,靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理,以光子代替电子,光运算代替电运算。光的并行、高速,天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强,具有超高运算速度。

芯片解密小编每天都会到看到各种各样的芯片,一颗颗小小的芯片在各个领域都起着非常重要的作用。中国在芯片设计上已渐渐赶超国际先进水平,但是在芯片制造方面却落后很多,无论是制造芯片的材料,还是制造芯片的设备都大量依靠进口。不过最近一项新技术的突破让我国芯片领域也看到了新的希望。

奥门新萄京娱乐场 1 光子计算机中的芯片

光子芯片可用于电子信息对抗、武器装备研究、大数据处理和生命科学探索等领域,是未来实现神机妙算、引领时代变革的核心技术之一。

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光子计算机还具有与人脑相似的容错性,系统中某一元件损坏或出错时,并不影响最终的计算结果。光子在光介质中传输所造成的信息畸变和失真极小,光传输、转换时能量消耗和散发热量极低,对环境条件的要求比电子计算机低得多。随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合,在不久的将来,光子计算机将成为人类普遍的工具。

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  计算机是人们日常工作、学习和生活中离不开的工具。随着技术的发展,计算机技术也在不断发展,除了传统计算机性能不断提升外,还出现了许多新型计算机,其性能大大超过传统计算机,本文就介绍几种未来的计算机,让你大开眼界。

在与韩国棋手李世石的围棋大战中,虽然智能机器人最终取得胜利,但也由于棋局复杂、数值计算量大而频现漏洞,充分暴露了电子芯片在数据处理能力和高速稳定运行方面的短板。随着大数据时代和信息化战争的到来,各种作战和保障数据相互交织,对实时信息处理提出了更高要求。

你想知道光速运转的电脑什么样吗?你可知未来的数据中心将变成芯片那般大小?什么技术将引领未来军事变革和社会发展?请看——

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光子芯片的出现,第一个研究成功的是美国,在科技发展方面,美国的确有着很大的优势。这个芯片的整体创新是将光子整合芯片领域使用光子计算的方式将整个芯片的性能提高,不仅消耗的能量大大降低,也可以很大幅度上减少在运算过程当中所产生的热量,而性能上也会有很大的提升。

  “光脑”来了!

美国科罗拉多大学科研人员日前研制成功世界上第一款依靠“光子”传输资料的微处理器芯片。光计算主要利用光的物理性质进行大容量信息处理,一旦投入运行,将彻底改变智能手机、超级计算机和大型运算中心的计算与网络构架,在军事和民用领域具有广泛的应用前景。目前,美国海军和美国导弹防御局先后投入巨资开展光子芯片的研制。作为未来信息战争的“最强大脑”,光子芯片在电子信息对抗、军事多维物联网、战场数据处理、战场气象预报及作战数字通信系统等领域有广泛发展前景,是新军事变革的重要信息化装备。

光子芯片:信息战之“最强大脑”

现有的计算机是由电流来传递和处理信息。电场在导线中传播的速度虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快,但是,从发展高速率计算机来说,采用电流做输运信息载体还不能满足快的要求,提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。

光子也许是目前高效而稳定、计算能力最强的单元,其特性适合线性计算,而不擅长传统的逻辑计算。光器件的开关速度比电子器件快,而且光波具有不同的波长、频率、偏振态和相位信息,可以用来代表不同数据,这包含了高维度的并行计算。

  人们目前所熟悉的电子计算机,从第一代的电子管计算机到第五代智能计算机,都是传统的计算机,由电信号来传递、存储和处理信息。

快速灵敏神机妙算

光子芯片可用于电子信息对抗、武器装备研究、大数据处理和生命科学探索等领域,是未来实现神机妙算、引领时代变革的核心技术之一。在与韩国棋手李世石的围棋大战中,虽然智能机器人最终取得胜利,但也由于棋局复杂、数值计算量大而频现漏洞,充分暴露了电子芯片在数据处理能力和高速稳定运行方面的短板。随着大数据时代和信息化战争的到来,各种作战和保障数据相互交织,对实时信息处理提出了更高要求。

而光子计算机以光子作为传递信息的载体,光互连代替导线互连,以光硬件代替电子硬件,以光运算代替电运算,利用激光来传送信号,并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路,从而进行数据运算、传输和存储。

理论上,光子运算的速度可达每秒千亿次以上,可以在光学计算机启动的一瞬间完成所有信息处理。其超高速度比电子计算快数百万倍,比人脑快 1000 倍。而且光子传输和转换所需的能量小、过程稳定,纠错设计相对简单,所造成的信息畸变和失真极小。

  光子计算机是相对电子计算机而言的,又名“光脑”。光子计算机由光信号来传递、存储和处理信息,光子作为信息载体,在以光互连代替导线互连、以 光硬件代替电子硬件的机器内部,以接近每秒30万千米的速度传递和处理信息。光子计算机不同于电子计算机对电子的控制来进行操作,它依靠激光器、光学反射 镜、透镜、光滤波器等光学元件和部件对光子的控制来完成运算。

光粒子是一定物理层面上速度最快的粒子,光波具有不同的波长、频率、偏振态和相位信息,可以用来代表不同数据。利用光子芯片构建光计算系统,运算速度快、信息失真小、消耗能量低。理论上,光学计算机可以在启动的一瞬间完成所有信息处理,可对高复杂度、大数据量计算实时并行处理。

美国科罗拉多大学科研人员日前研制成功世界上第一款依靠“光子”传输资料的微处理器芯片。光计算主要利用光的物理性质进行大容量信息处理,一旦投入运行,将彻底改变智能手机、超级计算机和大型运算中心的计算与网络构架,在军事和民用领域具有广泛的应用前景。目前,美国海军和美国导弹防御局先后投入巨资开展光子芯片的研制。作为未来信息战争的“最强大脑”,光子芯片在电子信息对抗、军事多维物联网、战场数据处理、战场气象预报及作战数字通信系统等领域有广泛发展前景,是新军事变革的重要信息化装备。

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随着大数据时代的到来,各种场景对实时信息处理提出了更高要求。据科学估算,未来单个光子芯片将能同时执行100万个并行任务,大量光子芯片并行运算,数据处理能力可达到目前最庞大的电子芯片计算机的1000倍。

  在光子计算机中,由于光子没有质量、不带电荷,传递信息时不受电磁场作用,千万束光也能平行或相互交叉传播,彼此互不干扰、齐头并进地同时穿越 一只光学元件,其传递速度基本是光速,远远高于电子携带信息的传递速度。光子“无导线”传递信息,信息通道是平行的且密度极大。1角硬币大小的棱镜,其形 成的并行信息通道的传输能力,可超过全世界现有电缆的许多倍。光子除在产生它的光辐射源(激光源)需要少许能量外,在传递和转换及存储和处理信息时能量消 耗极低。正因为如此,光子计算机最重要的优势是信息的并行传输、高速处理、大容量存储以及运行的低能量消耗,这决定了光子计算机在存储能力和运算速度等方 面远超电子计算机。

光子芯片具有明显的速度优势。以光速进行的高效计算,只要在数字信号处理器上附加一个光学加速器,就可以制成光学数字信息处理器,可使传统电子芯片的运算速度得到巨大提升。由于传输所造成的信息畸变和失真极小,光器件的开关速度比电子器件快得多,因此光计算机的运算速度在理论上可达每秒千亿次以上,其信息处理速度比电子计算机要快数百万倍。Intel公司研制的光信号数据传输样机,传输的速率高达10GB/s,是普通USB线速率的20倍。

快速灵敏神机妙算

在光子计算机中,不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据,这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算,可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在基础上呈指数上升。

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  生物计算机,有思维能判断

奥门新萄京娱乐场芯片解密光子芯片会是,新闻战之。美国科罗拉多大学研制的光子芯片,依靠“光子——电子”系统协同运转,单个芯片上整合了超过7000万个电晶体以及850个光子元件,具有逻辑处理电路、内存等功能,比现有的电子芯片运行速度快50倍。据科学估算,未来单个光子芯片将能同时执行100万个并行任务,大量光子芯片并行运算,数据处理能力可达到目前最庞大的电子芯片计算机的1000倍。

光粒子是一定物理层面上速度最快的粒子,光波具有不同的波长、频率、偏振态和相位信息,可以用来代表不同数据。利用光子芯片构建光计算系统,运算速度快、信息失真小、消耗能量低。理论上,光学计算机可以在启动的一瞬间完成所有信息处理,可对高复杂度、大数据量计算实时并行处理。

1990年初,美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。光子计算机的基本组成部件是集成光路,要有激光器、透镜和核镜。

致芯解密专家认为这兴许就是“中国芯”实现弯道超车最好的机会,在这领域美国也是刚起步,而且这一发明具有划时代的意义。发展光子芯片的通用计算能力,还将逐步扩大其应用的范围。

  生物计算机是受人脑具有强大信息处理能力的启发,模拟人脑的生物功能,实现数字计算的一类高性能计算设备。通俗来讲,人们知道,生物组织体是由 无数个细胞组成,细胞又由水、盐、蛋白质和核酸等有机物组成,这些有机物中的蛋白质分子就如同开关一样,具有类似电子计算机中电子元件的“开”与“关”的 功能,可以看成一个开关。由此,人类利用遗传工程技术,仿制出这种蛋白质分子,作为生物元件或生物芯片制成计算机,这即生物计算机。

应用广泛潜力无限

光子芯片具有明显的速度优势。以光速进行的高效计算,只要在数字信号处理器上附加一个光学加速器,就可以制成光学数字信息处理器,可使传统电子芯片的运算速度得到巨大提升。由于传输所造成的信息畸变和失真极小,光器件的开关速度比电子器件快得多,因此光计算机的运算速度在理论上可达每秒千亿次以上,其信息处理速度比电子计算机要快数百万倍。Intel公司研制的光信号数据传输样机,传输的速率高达10GB/s,是普通USB线速率的20倍。

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  生物计算机的生物元件比电子计算机的电子元件要小很多,由于蛋白质分子有能力自我组合,生物芯片一旦出现故障,可自我修复,实现自愈合和自改 善,同时通过发挥生物的调节特性,能使生物计算机有一定的思维和判断能力。更独特的是,生物计算机的生物元件开关速度要快得多,可模拟人脑的生物特性,天 然拥有人脑的并行处理功能,运算速度比现在最快的超级计算机还要快10万倍左右。由此可知,生物计算机不但体积小、存储能力强、运算速度快、可靠性好,而 且拥有一定的智能,可进行思维和判断。

经过近半个世纪的遵从摩尔定律的加速发展,传统电子芯片逐渐遇到性能瓶颈。电子处理器依靠逻辑电路传输数据,随着数据传输量与日俱增、传输速度需求越来越高,电子芯片渐渐不堪重负。此外,由于光路在空中交叉传输又互不干扰,光计算具有天然的并行性,可在一个时间段内同时进行多路计算,不仅速度快而且结果精准。光子芯片的自身能耗非常低,利用光子输入/输出端口传输1Tb数据仅消耗电能1.3瓦。实验证明,同样的电量下光子芯片的数据传输和计算能力更强。

美国科罗拉多大学研制的光子芯片,依靠“光子——电子”系统协同运转,单个芯片上整合了超过7000万个电晶体以及850个光子元件,具有逻辑处理电路、内存等功能,比现有的电子芯片运行速度快50倍。据科学估算,未来单个光子芯片将能同时执行100万个并行任务,大量光子芯片并行运算,数据处理能力可达到目前最庞大的电子芯片计算机的1000倍。

由于光子比电子速度快,光子计算机的运行速度可高达一万亿次。它的存贮量是现代计算机的几万倍,还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。 许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合,在不久的将来,光子计算机将成为人类普遍的工具。

  量子计算机,解密成“分分钟”的事

光学器件微型化脚步正悄然而至。2003年以色列lenslet公司公开展示了全球首枚嵌入光核心的商用光学数字处理器。该光处理器利用光栅卷积原理,实现了每秒8万亿次的数值运算。美国的IBM公司宣称已研制出微米级别的光开关,可利用比发丝还细的碳管实现光束数据传输,Intel公司也加大了硅光集成芯片的研发力度。

  量子计算机是一种使用量子算法操控量子比特,实现快速计算的设备。量子计算机采用并行的计算方式,其运算速度相当于很多台电子计算机的并行运算 能力,因此其运算速度非常快,运算能力非常强。据媒体日前报道,谷歌量子人工智能实验室12月9日发布消息称,在最近进行的测试中,该研究实验室的量子计算机的运行速度比传统计算机芯片上运行的模拟装置快1亿倍。正因如此,用量子计算机进行密码解密也就成了“分分钟”的事。不过,研发量子计算机最大的难点在于它的“不稳定性”,一旦量子计算机用的计算要素———量子比特的相干性消失,量子计算机就会退化成普通计算机。

采用光子芯片不仅可以提升计算机的运算速度,更可以轻松实现对人脑思维的模拟,人工智能水平将得到巨大提升。由布里斯托大学和日本电报电话公司共同研制的量子光学芯片,将光子当成可自由组合的“积木”一样编码排列,能快速切换数据状态,可使机器设备变得更“聪慧”。

  拟态计算机,随时变身抵御攻击

事实上,光子芯片还有许多潜力待挖掘。在信息处理中人们通常只利用了光路传输这一基本光学特性,而光信号的折射、干涉、衍射、偏振等很多特性还远未被有效利用。譬如,美国一家公司推出的全广播光交换机,利用了光的散射和空间不相干特性,有效解决了令电子芯片“头疼”的多维数据交换难题。

  拟态计算机是受自然界的“伪装大师”章鱼通过扭曲身体和触手以及改变颜色、模仿其他动物的外表和行为来规避危险的启发,按照拟态计算原理构造的 一种计算机,它改变了电子计算机“结构固定不变、靠软件编程”的计算方式,实现了计算机结构动态可变,并“依靠变结构、软硬件结合”的运行模式,从而能像 “变形金刚”一样,根据不同计算任务,通过主动“变身段”迎合不同用户或计算任务,合理地利用计算资源,同时还能以结构的不确定性来抵御黑客或病毒的攻 击,使计算机拥有高安全性。

信息战场大显神通

  除了以上几种外,未来的高性能计算机还包括纳米计算机、超导计算机、化学计算机等,不过多数这些未来计算机还处于探讨试验阶段,但随着科技的不 断进步,计算机像其他任何事物一样,发展永不会停步。在不久的以后,电子计算机很有可能被它们中的一种或两种取代,这些计算机可以更好地在对武器研制、战 争设计、作战模拟、情报分析、密码破译、通信加密、卫星导航、防空反导等提供优良的服务,大幅提升部队的战斗力水平和国家的军事实力。(王群)

随着光电子技术的飞速发展,未来光子芯片将在军事安全、多媒体和智能终端、超级计算等领域大有用武之地。利用光子芯片搭建量子计算机,能灵活模拟现有数字计算机的任意工作状态,将广泛应用于武器装备设计制造、情报获取和分析处理、战争设计与战场模拟、卫星导航定位等诸多领域。美国航空局目前正在研制新一代超级计算机系统,光子芯片正是其中的“智慧大脑”。

责任编辑:王金志 SN100

光子芯片在战场上也将展示“大智慧”。Enlight光子芯片就是为军事应用量身打造的,它可在短时间内审查大量数据,迅速识别出非常隐秘的潜在威胁。依靠光纤通信和光子连接技术运行的光交换设备、光探测器和调制器,将进一步优化现有电子装备系统的性能。未来光子元件将与电子元件同时效力,各类武器装备将随着光波导和光子技术的应用得到性能上的巨大提升。由美国海军空战中心和导弹防御局授权美国公司研究的先进光学处理器,主要用来加强大型军用雷达的芯片计算和处理能力,将在雷达探测领域得到重要应用。

光学计算是影响未来信息技术发展的战略性工程。科学家正在将微电子技术与光子技术结合,研制新型光电集成系统,可广泛应用于大型多媒体广播系统、机场安全检查系统和医学数据库系统,在移动通信领域可消除同一基站内用户间的相互干扰,在生物科技方面可大大缩短运算必须的基因数据配对时间。未来光子芯片还将用于军事通信加密、军用新材料和非传统武器的开发,对军事变革和社会发展产生强有力助推。

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