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技術 多重ビット光コンピューティングシステム

出願人 方可成
発明者 方可成
出願日 2019年8月27日 (1年5ヶ月経過) 出願番号 2019-154465
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-178334
状態 未査定
技術分野 光通信システム
主要キーワード 回路チャネル 同期演算 量子コンピューター プラスチックガラス 各記憶ユニット フォトレジスト材料層 光周波数信号 電子コンピュータ
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この項目の情報は公開日時点(2020年10月29日)のものです。
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図面 (6)

課題

解決手段

この多重ビット光コンピューティングシステムは、多重周波光信号を生成する光源モジュールを含む。光情報記憶モジュールは、光路モジュールを介して各多周波光信号を受信して、それらを複数の光情報として記憶する。光処理モジュールは、外部命令に従って光路モジュールを介して光情報記憶モジュール内の各光情報を受信し、複数の出力情報を生成し、光情報記憶モジュールに光路モジュールを介して出力情報を記憶する。

概要

背景

既存の電子コンピューターは、「0」を表す低電圧信号と「1」を表す高電圧信号とからなる2つのディジタル電位信号を用いることによって情報を伝送しており、さらに、記憶モジュール処理モジュールとを備えている。記憶モジュールは、ソリッドステート情報を記憶するため、入力ディジタル信号を変換する。処理モジュールは、記憶モジュールからソリッドステート情報を読み出し算術演算及び比較演算で構成される複雑な演算命令を実行する。

現在の電子コンピューターは、信号伝送し、かつ、計算をするために電圧信号を用いているので、電位信号の1シーケンスしか、単一の回路チャネルで一度に伝送することができない。さらに、処理モジュールは、単一の計算結果を取得するために、演算用の1セットの電位信号しか受信することができない。したがって、その計算速度は限定的である。

さらに、量子コンピューターは、現在、高速計算用に開発がされているが、量子重ね合わせ及び量子もつれという2つの必須課題に直面している。同時に、量子コンピューターは、絶対零度に近い極低温稼働されなければならない。これらの条件により、量子コンピューターのコストは非常に高額となり、商業化がより困難となっている。

概要

量子コンピューターよりも製造コスト及びランニングコストが低い多重ビット光コンピューティングステムを提供する。この多重ビット光コンピューティングシステムは、多重周波光信号を生成する光源モジュールを含む。光情報記憶モジュールは、光路モジュールを介して各多周波光信号を受信して、それらを複数の光情報として記憶する。光処理モジュールは、外部命令に従って光路モジュールを介して光情報記憶モジュール内の各光情報を受信し、複数の出力情報を生成し、光情報記憶モジュールに光路モジュールを介して出力情報を記憶する。

目的

本発明は、光源モジュール、光路モジュール、光情報記憶モジュール、及び、光処理モジュールを含む、多重ビット光コンピューティングシステムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

周波数が異なる光信号を含む光信号を生成する光源モジュールと、前記光信号を受信するために前記光源モジュールに接続された入力端子を有する光路モジュールと、前記光路モジュールを介して光信号を受信し、それぞれが光情報として記憶される光信号の一を受信する複数の記憶ユニットを含む光情報記憶モジュールと、前記光路モジュールを介して前記光情報記憶モジュールに接続され、外部命令を受信する光処理モジュールと、を備え、前記光処理モジュールは、前記外部命令に従って前記光情報記憶モジュールから前記各記憶ユニット内の光情報にアクセスし、前記光情報に対して命令演算を実行し、複数の出力情報を出力し、前記各出力情報は、前記光路モジュールによって伝送されて前記光情報記憶モジュールの前記各記憶ユニットに記憶される、多重ビット光コンピューティングステム

請求項2

さらに、光路ボードを備え、前記光路モジュールは、フォトリソグラフィ及びレーザー処理又はエッチング処理によって前記光路ボードに形成される、請求項1記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

請求項3

前記光路ボードは、シリコン基板ガラス基板又はプラスチックガラス基板である、請求項2記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

請求項4

さらに、前記光路ボードに配置された光電変換モジュールを備え、前記光電変換モジュールは、前記光路モジュールに接続された複数の光検出器を含み、前記光検出器のそれぞれは、前記光信号を受信してそれぞれの光信号に応じてディジタル情報を生成する、請求項2記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

請求項5

前記光処理モジュールは、複数の光制御スイッチを備え、前記各スイッチは2つの接続端子と1つの制御端子とを有し、前記光制御スイッチの1つの制御端子が制御光信号を受信する場合に、前記光制御スイッチの2つの接続端子間通過状態であり、前記各光制御スイッチはフォトレジストユニット及びフォトセンシティブユニットを備える、請求項1記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

請求項6

前記光源モジュールは、複数の発光ダイオードを含み、前記各発光ダイオードは、制御信号を受信して、それに応じた周波数のバイナリディジタル信号である光信号を生成する、請求項1記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

請求項7

前記光情報記憶モジュールの各記憶ユニットは、各バッファ吸収状態と通過状態とを有する複数のバッファを含む、請求項1記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

請求項8

前記光情報記憶モジュールの各記憶ユニットは、複数のバッファと、前記光路モジュールとともに前記各バッファと前記光源モジュールとを接続し、前記光信号を前記バッファに記憶される電気信号に変換する光電変換ユニット、前記光路モジュールとともに前記各バッファと前記光処理モジュールとを接続し、前記各バッファに格納された電気信号を光情報に変換する電気光変換ユニットと、を含む、請求項1に記載の多重ビット光コンピューティングシステム。

技術分野

背景技術

0002

既存の電子コンピューターは、「0」を表す低電圧信号と「1」を表す高電圧信号とからなる2つのディジタル電位信号を用いることによって情報を伝送しており、さらに、記憶モジュール処理モジュールとを備えている。記憶モジュールは、ソリッドステート情報を記憶するため、入力ディジタル信号を変換する。処理モジュールは、記憶モジュールからソリッドステート情報を読み出し算術演算及び比較演算で構成される複雑な演算命令を実行する。

0003

現在の電子コンピューターは、信号伝送し、かつ、計算をするために電圧信号を用いているので、電位信号の1シーケンスしか、単一の回路チャネルで一度に伝送することができない。さらに、処理モジュールは、単一の計算結果を取得するために、演算用の1セットの電位信号しか受信することができない。したがって、その計算速度は限定的である。

0004

さらに、量子コンピューターは、現在、高速計算用に開発がされているが、量子重ね合わせ及び量子もつれという2つの必須課題に直面している。同時に、量子コンピューターは、絶対零度に近い極低温稼働されなければならない。これらの条件により、量子コンピューターのコストは非常に高額となり、商業化がより困難となっている。

0005

上記の観点から、本発明は、光源モジュール光路モジュール光情報記憶モジュール、及び、光処理モジュールを含む、多重ビット光コンピューティングシステムを提供する。

0006

光源モジュールは、周波数が異なる光信号を含む光信号を生成する。光路モジュールは、光信号を受信するために、光源モジュールに接続されている入力端子を含む。光情報記憶モジュールは、光路モジュールを介して光信号を受信する。光情報記憶モジュールは、複数の記憶ユニットを含み、各記憶ユニットはそれぞれ多重周波数光信号の一を受信し、その信号を光情報として記憶する。光処理モジュールは、光路モジュールを介して光情報記憶モジュールに接続され、外部命令を受信する。さらに、光処理モジュールは、外部命令に従って、光情報記憶モジュールから各記憶ユニットに記憶された光情報にアクセスする。各光情報は、複数の出力情報を生成するための命令演算(command operation)の対象となる。次いで、出力情報は、光路モジュールを介して光情報記憶モジュールの各記憶ユニットに伝送される。

0007

光源モジュールによって生成された光信号を伝送する場合には、光路モジュールは周波数が異なる複数の周波数光信号を伝送し、それぞれの光信号は光情報記憶モジュールのそれぞれの記憶ユニットに記憶される。換言すると、各記憶ユニットは、周波数が異なる光信号で搬送される光情報を記憶する。光処理モジュールが光情報記憶モジュールを介して光情報にアクセスする場合には、記憶ユニット内の異なる光情報に同時にアクセスする。光情報は周波数が異なる光信号によって搬送されるため、それらの処理は相互に干渉しない。このため、光処理モジュールは、異なる光情報に同時にアクセスできる。そして、光処理モジュールは、周波数が異なる光情報に対して同期演算を実行し、さらに周波数が異なる光信号によって搬送される出力情報を送信する。

0008

既存のコンピューターシステムと比較すると、多重ビット光コンピューティングシステムは、光路モジュールを通じて異なる周波数で多くの情報を同時に伝送することができる。このため、光処理モジュールは、多くの情報を同時に受信することが可能となり、その全体的な計算性能を改善させられる。加えて、本発明は、データを光信号に変換する光路モジュールを利用するが、これは厳格な条件が要求されることなく達成される。このため、製造コスト及びランニングコストは、量子コンピューターのものよりも低くなる。

図面の簡単な説明

0009

多重ビット光コンピューティングシステムの概略的なブロック図である。
多重ビット光コンピューティングシステムの第2の好適な実施形態の概略的なブロック図である。
多重ビット光コンピューティングシステムの第3の好適な実施形態の概略的なブロック図である。
多重ビット光コンピューティングシステムの第4の好適な実施形態の概略的なブロック図である。
多重ビット光コンピューティングシステムの第5の好適な実施形態の概略的なブロック図である。

0010

11光源モジュール
12光路モジュール
13光情報記憶モジュール
14光処理モジュール
15光電変換モジュール
131 第1の記憶ユニット
132 第2の記憶ユニット
1311 第1のバッファ
1312 第1の光電変換ユニット
1313 第1の電気光変換ユニット
1321 第2のバッファ
1322 第2の光電変換ユニット
1323 第2の電気光変換ユニット
151 第1の光検出器
152 第2の光検出器
D1 第1のLE
D2 第2のLED

発明の実施の形態

0011

本発明による多重ビット光コンピューティングシステムの好適な実施形態について以下に説明する。図1に示すように、多重ビット光コンピューティングシステムは、光源モジュール11と、光路モジュール12と、光情報記憶モジュール13と、光処理モジュール14とを含む。好ましくは、光源モジュール11は、例えば、第1の周波数光信号及び第2の周波数光信号という、複数の周波数光信号を生成する。光路モジュール12は、第1の周波数光信号及び第2の周波数光信号を受信するために、光源モジュール11に接続された入力端子を含む。光情報記憶モジュール13は、光路モジュール12を通じて第1の周波数光信号及び第2の周波数光信号を受信する。光情報記憶モジュール13は、例えば、第1の記憶ユニット131及び第2の記憶ユニットという、複数の記憶ユニットを含む。第1の記憶部131は、第1の情報として第1の周波数光信号を受信及び記憶し、第2の記憶部132は、第2の情報として第2の周波数光信号を受信及び記憶する。モジュール14は、光路モジュール12を介して光情報記憶モジュール13に接続され、かつ、外部命令を受信する。光処理モジュール14は、外部命令に従って光情報記憶モジュール13内の第1の情報及び第2の情報にアクセスし、第1の情報及び第2の情報に対して命令演算を実行して、第1の出力情報及び第2の出力情報を生成する。第1の出力情報及び第2の出力情報は、光路モジュール12を介して伝送され、光情報記憶モジュール13の第1記憶部131及び第2記憶部132に記憶される。

0012

本発明の第1の好適な実施形態では、多重ビット光コンピューティングシステムは、光路モジュール12が形成された光路ボードを含む。光路モジュール12は、フォトリソグラフィ及びレーザー処理又はエッチング処理によって光路ボード上に形成される。

0013

本発明では、光路は、まず、光路ボード上にフォトレジスト材料層が設けられることによって製造される。その後、現像によって、光路ボード上のフォトレジスト材料パターンが形成される。フォトレジスト材料によって覆われていない光路ボード部分にレーザー処理がなされることによって、光路が描画される。好ましくは、光路ボードは、シリコン基板ガラス基板又はプラスチックガラス基板である。

0014

光路ボード上の光路モジュール12が多重周波数の光信号を同時に伝送できるため、第1の周波数光信号及び第2の周波数光信号は、光路モジュール12を通じて、光情報記憶モジュール13又は光処理モジュール14などの次の行先に同時に伝送される。他の実施形態では、光源モジュール11もまた、外部入力情報に従って、周波数が異なるより多くの光信号を生成することができる。この場合、光処理モジュール14が多くのデータに同時にアクセスできるので、アクセス時間は短縮し、多重ビット光コンピューティングシステムの全体的な処理速度はさらに向上する。

0015

例えば、可視光の場合、周波数が異なる信号は、異なる色の光によって搬送される。そして、異なる色の光は、光路ボード上の光路モジュール12を同時に通過することができる。一例として、赤色光信号、橙色光信号、黄色光緑色光信号、及び、青色光信号は、それぞれ5つの周波数が異なる光信号を表す。光路ボード上の光路モジュール12によって、赤色光信号、橙色光信号、黄色光信号、緑色光信号、及び、青色光信号が同時に通過することが可能になる。したがって、光処理モジュール14は、周波数が異なる5つの光信号に同時にアクセスすることができる。周波数が異なる5つの光信号は、それぞれ5つの異なる種類の光情報を有している。このため、光処理モジュール14によって同時にアクセスできるデータの量は5倍に増加するので、アクセス時間は短縮し、全体的な処理速度が向上する。

0016

加えて、これらの信号は、光路ボード上の光路モジュール12を通じて伝送される。信号伝送の処理では電力が不要であるため、信号伝送中に電力の損失がない。この結果、全体的な電力消費がより経済的となる。僅かな電力量しか、通常の動作を維持するためには必要とならない。したがって、多重ビット光コンピューティングシステムは、太陽エネルギー電気エネルギーに変換する、太陽電池電力供給源として用いることができる。消費電力が多くないため、太陽電池によって供給される電力は、多重ビット光コンピューティングシステムの通常の動作を維持することができる。太陽電池は、いつでも光を照射することによって補充することができる。したがって、多重ビット光コンピューティングシステムは、充電することなしに長時間動作することができる。

0017

好ましくは、光処理モジュール14は、それぞれが2つの接続端子及び制御端子を有する複数の光制御スイッチから構成される。制御端子が制御光信号を受信する場合には、光信号は光制御スイッチの2つの接続端子間を通過することが可能となる。好ましくは、各光制御スイッチは、フォトレジストユニット及びフォトセンシティブユニットを備える。

0018

図2を参照されたい。本発明の第2の好適な実施形態では、光源モジュール11は、複数の発光ダイオード(LED)を含む。これらは、各々が制御信号を受信してそれに応じて周波数光信号を生成する。例えば、光源モジュール11は、第1のLED D1及び第2のLED D2を含む。第1のLED D1は、第1の信号入力端子I/P1から第1の制御信号を受信し、それに応じて第1の周波数光信号を生成する。第2のLED D2は、第2の信号入力端子I/P2から第2の制御信号を受信し、それに応じて第2の周波数光信号を生成する。第1の周波数光信号及び第2の周波数の光信号は、それぞれバイナリディジタル信号である。

0019

図3を参照されたい。本発明の第3の好適な実施形態では、光情報記憶モジュール13の各記憶ユニットは、それぞれが1ビットのデータを記憶するため、吸収状態通過状態とを有する複数のバッファを含む。例えば、光情報記憶モジュール13の第1の記憶ユニット131は、それぞれが吸収状態と通過状態とを有する、複数の第1のバッファ1311を含む。第2の記憶ユニット132も、それぞれが吸収状態と通過状態とを有する、複数の第2バッファ1321を含む。第1の記憶ユニット131が第1の周波数光信号を受信し、かつ、各第1のバッファ1311又は各第2のバッファ1321が吸収状態である場合には、第1の記憶ユニット131に入る光信号は吸収される。各第1のバッファ1311又は各第2のバッファ1321が通過状態である場合には、第1のバッファ1311又は第2のバッファに入る光信号は通過することが可能となる。各第1のバッファ1311は、第1の周波数光信号のビットを順次受信すると、それに応じて吸収状態又は通過状態にスイッチングする。各第2のバッファ1321は、第2の周波数光信号のビットを順次受信すると、それに応じて吸収状態又は通過状態にスイッチングする。こうして、第1の記憶ユニット131及び第2の記憶ユニット132は、それぞれ、第1の情報及び第2の情報として、第1の光周波数信号及び第2の光周波数信号を記憶する。命令信号に応じて、光処理モジュール14は、第1のバッファ1311及び第2のバッファ1321から、それらの状態を読み出して、第1の情報及び第2の情報を受信する。

0020

図4を参照されたい。本発明の第4の好適な実施形態では、光情報記憶モジュール13の各記憶ユニットは、複数のバッファ、光電変換ユニット、及び、電気光変換ユニットを含む。各記憶ユニットのバッファは、光電変換ユニット及び光路モジュールを通じて、光源モジュールに接続されている。光電変換ユニットは、一の周波数の光信号を、各バッファに格納される電気信号に変換する。さらにまた、各記憶ユニットのバッファは、電気光変換ユニット及び光路モジュールを通じて、光処理モジュールに接続されている。電気光変換ユニットは、各バッファに格納された電気信号を、光処理モジュール14にアクセスされる光信号に変換する。例えば、光情報保存モジュール13の第1の記憶ユニット131は、第1の光電変換ユニット1312及び第1の電気光変換ユニット1313を更に含み、第2の記憶ユニット132は、第2の光電変換ユニット1322及び第2の電気光変換ユニット1323を更に含む。好適な実施形態では、各第1のバッファ1311及び各第2のバッファ1321は、キャッシュメモリである。

0021

各第1バッファ1311は、第1の周波数光信号を、各第1バッファ1311に格納される第1の電気信号に変換する第1の光電変換ユニット1312及び光路モジュール12を通じて光源モジュール11に接続されている。各第1のバッファ1311は、各第1のバッファ1311に格納された第1の電気信号を、光処理モジュール14によってアクセスされる第1の情報に変換する第1の電気光変換ユニット1313及び光路モジュール12を通じて光処理モジュール14に接続されている。

0022

同様に、各第2のバッファ1321は、第2の周波数光信号を、各第2のバッファ1321に格納される第2の電気信号に変換する第2の光電変換ユニット1322及び光路モジュール12を通じて光源モジュール11に接続されている。各第2のバッファ1321は、各第2のバッファ1321に格納された第2の電気信号を、光処理モジュール14によってアクセスされる第2の情報に変換する第2の電気光変換ユニット1323及び光路モジュール12を介して光処理モジュール14に接続されている。

0023

図5を参照されたい。本発明の第5の好適な実施形態では、多重ビット光コンピューティングシステムは、光路ボード上に配置された光路モジュール12に接続されている光電変換モジュール15を更に含む。光電変換モジュール15は、それぞれが光路モジュール12に接続されている複数の光検出器を有する。各光検出器は、それぞれ周波数光信号の一を受信して、それに応じてディジタル情報を生成する。例えば、光電変換モジュール15は、第1の光検出器151及び第2の光検出器152を含む。第1の光検出器151は、光路モジュール12から光信号を受信し、第1の周波数光信号に従って第1のディジタル情報を生成し、第1の出力端子O/P1を介して第1のディジタル情報を出力する。第2の光検出器152は、光路モジュール12から光信号を受信し、第2の周波数光信号に従って第2のディジタル情報を生成し、第2の出力端子O/P2を介して第2のディジタル情報を出力する。光電変換モジュール15は、光コンピューティングシステムを従来技術の電子コンピューターシステムに統合するように構成されている。光コンピューティングシステムの第1の周波数光信号及び第2の周波数光信号は、電圧変化に基づいてディジタル情報に変換され、より後続の望ましい用途の電気信号処理モジュールにディジタル情報を出力される。

0024

このように説明された本発明は、多くの手法にて変形できることは明らかであろう。この種の変形は、本発明の精神及び範囲から逸脱するとみなされるべきではなく、当業者に明らかであろうこの種の修正はすべて、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。

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