В.В. Каменский1, С.В. Соколов2

1 ФГБОУ ВО «Ростовский государственный университет путей сообщения» (г. Ростов-на-Дону, Россия)

2 ФГБОУ ВО «Московский технический университет связи и информатики» (Москва, Россия)

1 kam-vladislav@yandex.ru; 2 s.v.s.888@yandex.ru

Постановка проблемы. Современные электронные устройства обработки информации достигли предела повышения вычислительной мощности за счет повышения рабочей частоты. Поэтому в настоящее время развитие вычислительных устройств идет, как правило, на основе параллельных вычислений. Неотъемлемой частью любых вычислительных устройств параллельного действия (и не только) являются преобразователи кодов. Однако на сегодняшний день проблема построения преобразователей кодов, работающих на высоких (до гигагерцевого (ГГц) диапазона включительно) частотах, не решена.

Цель. Разработать способы построения оптических преобразователей кодов, выполняющих преобразование в ГГц-диапазоне входных сигналов и выше (до терагерцевого (ТГц) диапазона), т.е. со скоростью, практически соизмеримой с потенциально возможной для оптических устройств.

Результаты. Представлены схемы двух преобразователей кодов: 1) оптоэлектронного, построенного с использованием оптических волноводов и оптронов; 2) оптического, не содержащего элементов электроники, на основе пространственного фазового фильтра. Описаны принципы их работы. Показано, что предложенные преобразователи кодов осуществляют преобразование М-разрядного унитарного двоичного кода в стандартный N-разрядный двоичный код. Установлено, что быстродействие оптоэлектронного преобразователя кодов практически не зависит от быстродействия оптических разветвителей и объединителей, и определяется в целом только временем срабатывания оптронов, которое, в свою очередь, зависит от времени срабатывания фотодиодов и светодиодов и составляет приблизительно 10-9−10-10 с, что обеспечивает возможность обработки информации предложенным преобразователем в ГГц-диапазоне. Выявлено, что оптический преобразователь кодов без электронных компонентов, более сложный в технологическом исполнении, обладает еще более высоким быстродействием по сравнению с оптоэлектронным преобразователем (время срабатывания равно примерно 10-12 с), расширяя скорость обработки информации до ТГц-диапазона.

Практическая значимость. Простота реализации предложенных оптоэлектронного и оптического преобразователей кодов и их высокое быстродействие обеспечивают широкие возможности их практического использования при разработке и создании интерфейсов и арифметико-логических устройств как оптических вычислительных машин, так и перспективных приемо-передающих устройств инфокоммуникаций и управления.

Каменский В.В., Соколов С.В. Синтез преобразователей кодов на основе оптических технологий // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 11. С. 202−209. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202311-00

1. Kudrin A.V., Lesnikov V.P., Danilov YuA., Dorokhin M.V., Vikhrova O.V., Demina P.B., Pavlov D.A., Usov Yu.V., Milin V.E., Kuznetsov Yu.M., Kriukov R.N., Konakov A.A., Tabachkova N.Yu. High-temperature intrinsic ferromagnetism in heavily Fe-doped GaAs layers / // Semiconductor Science and Technology. 2020. V. 35. № 12.
2. Yufei Ma, Ping-an Zhong, Bin Xu, Feilin Zhu, Qingwen Lu, Han Wang. Spark-based parallel dynamic programming and particle swarm optimization via cloud computing for a large-scale reservoir system // Journal of Hydrology. 2021. 8 may. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126444.
3. Zubov T.A., Sukhotin V.V., Khnykin A.V., Mishurov A.V., Gorchakovsky A.A. Reconfigurable parallel multiplier in finite Galois fields based on combinational logic // Journal of the Siberian Federal University. Series: Engineering and technology. 2019. V. 12. № 7. P. 802-809. DOI: 10.17516 / 1999-494X-0180.
4. Pandov E.K., Popandreeva A.Tz. Specialized computer architecture for dynamic control of operators // IFAC Proceedings Volumes. September 1995. V. 28. Is. 21. P. 53-54. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physa.2021.125964.
5. Yang Li, Xin Yang, Jianjun Wu, Huijun Sun, Xin Guo, Li Zhou. Discrete-event simulations for metro train operation under emer-gencies A multi-agent based model with parallel computing // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2021. V. 573. Р. 125964. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physa.2021.125964.
6. Martin H., Weik D.Sc. Code converter // Computer Science and Communications Dictionary. 2001. Р. 226.
7. Eduardo A.B., Lettnin D.V. Code converters // Synthesizable VHDL Design for FPGAs. 2014. Р. 69-84.
8. Красноголовый Б.Н., Шпилевой Б.Н. Преобразователи кодов. М.: Изд-во БГУ им. В.И. Ленина. 1983. 175 с.
9. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Пер. с нем. Изд-е 12-е. Т. I. М.: ДМК Пресс. 2008. 832 с.
10. Смирнов Ю.А., Соколов С.В., Титов Е.В. Основы микроэлектроники и микропроцессорной техники: Учеб. пособие. Изд-е 2-е, испр. СПб: Изд-во «Лань». 2013. – 496 с.
11. Соколов С.В., Титов Е.В. Электроника: Учеб. пособие. М.: Горячая линия - Телеком. 2013. 204 с.
12. Pshko A. Mohammed. Integration of self-standing X- and Y- shaped polymer coupler and splitter with single mode optical fiber // Optical Materials https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110685.
13. Sokolov S.V., Kramarov S.О., Kamenskiy V.V., Sokolova О.I. Synthesis of Waveguide-Optical Analog-to-Digital Converter fоr Ultra-High Speed Systems of Information // 2020 Systems of signals generating and processing in the field of on board communications. 2020. P 1-4.
14. Sokolov S.V., Kamensky V.V., Novikov A. I., Ivetic V. How to increase the analog-to-digital converter speed in optoelectronic systems of the seed quality rapid analyzer // Inventions. 2019. № 4(4). P. 61.
15. Кирюшкин В.В., Бабусенко С.И., Журавлев А.В., Шуваев В.А. Угломерно-эллиптическая многопозиционная радиолокационная система, встроенная в пространственно-распределенную систему радиопомех // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 7. С. 14-22. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202307-02.