ES2973490T3 - Sistema Informático óptico de múltiples bits - Google Patents
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Abstract
Un sistema informático óptico multibit incluye un módulo de fuente óptica (11) para generar señales ópticas multifrecuencia. Un módulo de almacenamiento de información óptica (13) recibe cada una de las señales ópticas multifrecuencia a través de un módulo de trayectoria óptica (12) y las almacena como una pluralidad de información óptica. Un módulo de procesamiento óptico (14) recibe cada una de la información óptica en el módulo de almacenamiento de información óptica (13) a través del módulo de ruta óptica (12) de acuerdo con un comando externo, genera una pluralidad de información de salida y almacena la información de salida a través del módulo de ruta óptica (12) al módulo de almacenamiento de información óptica (13). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema informático óptico de múltiples bits
Campo de la invención
La invención se refiere a un sistema informático y, en particular, a un sistema informático óptico de múltiples bits.
Descripción de la técnica relacionada
Los ordenadores electrónicos existentes transmiten información mediante el uso de dos señales de potencial digital que consisten en una señal de bajo voltaje que representa un "0" y una señal de alto voltaje que representa un "1", e incluyen un módulo de almacenamiento y un módulo de procesamiento. El módulo de almacenamiento convierte una señal digital de entrada para el almacenamiento de información en estado sólido. El módulo de procesamiento lee la información en estado sólido del módulo de almacenamiento y realiza comandos de operación complejos compuestos por operaciones aritméticas y operaciones de comparación.
Dado que los ordenadores electrónicos actuales utilizan las señales de voltaje para transmisiones de señales y cálculos, solo se puede transmitir una única secuencia de señales de potencial a la vez en un único canal de circuito.
Además, el módulo de procesamiento solo puede recibir un conjunto de señales de potencial para que las operaciones obtengan un único resultado de cálculo. Por lo tanto, su velocidad de cálculo es limitada.
Además, aunque los ordenadores cuánticos están actualmente en desarrollo para cálculos de alta velocidad, se enfrentan a dos requisitos previos que suponen un desafío: la superposición cuántica y el entrelazamiento cuántico. Al mismo tiempo, deben funcionar a una temperatura extremadamente baja cercana al cero absoluto. Estas condiciones hacen que el coste de los ordenadores cuánticos sea extremadamente elevado, lo que dificulta bastante su comercialización.
En vista de lo anterior, la invención proporciona un sistema informático óptico de múltiples bits que incluye un módulo de fuente óptica, un módulo de ruta óptica, un módulo de almacenamiento de información óptica y un módulo de procesamiento óptico.
El documento US 2015/207563 A1 y el documento US 2013/177323 A1 divulgan algunos diseños conocidos.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema informático óptico de múltiples bits como se define en la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes muestran algunos ejemplos de la misma.
El módulo de fuente óptica genera una señal de luz que incluye señales ópticas de diferentes frecuencias. El módulo de ruta óptica incluye un terminal de entrada, que está conectado al módulo de fuente óptica para recibir la señal óptica. El módulo de almacenamiento de información óptica recibe la señal óptica por medio del módulo de ruta óptica. El módulo de almacenamiento de información óptica incluye una pluralidad de unidades de almacenamiento, cada una de las cuales recibe, respectivamente, una de las señales ópticas multifrecuencia y almacena la señal como información óptica. El módulo de procesamiento óptico está conectado al módulo de almacenamiento de información óptica por medio del módulo de ruta óptica y recibe un comando externo. El módulo de procesamiento óptico accede además a la información óptica almacenada en cada una de las unidades de almacenamiento desde el módulo de almacenamiento de información óptica de acuerdo con el comando externo. Cada una de las informaciones ópticas está sujeta a una operación de comando para generar una pluralidad de informaciones de salida. A continuación, la pluralidad de informaciones de salida se transmite a cada una de las unidades de almacenamiento del módulo de almacenamiento de información óptica por medio del módulo de ruta óptica.
Cuando se transmiten las señales ópticas generadas por el módulo de fuente óptica, el módulo de ruta óptica transmite una pluralidad de señales ópticas de frecuencia de diferentes frecuencias y almacena las respectivas señales ópticas en las unidades de almacenamiento respectivas del módulo de almacenamiento de información óptica. En otras palabras, cada una de las unidades de almacenamiento, almacena información óptica transportada en señales ópticas de diferentes frecuencias. Cuando el módulo de procesamiento óptico accede a la información óptica por medio del módulo de almacenamiento de información óptica, se accede al mismo tiempo a diferente información óptica de las unidades de almacenamiento. Dado que la información óptica es transportada por señales ópticas de diferentes frecuencias, su procesamiento no interfiere entre sí. Por lo tanto, el módulo de procesamiento óptico puede acceder simultáneamente a diferente información óptica. Adicionalmente, el módulo de procesamiento óptico realiza operaciones síncronas con la información óptica de diferentes frecuencias y, además, envía información de salida transportada por señales ópticas de diferentes frecuencias.
En comparación con los sistemas informáticos existentes, el sistema informático óptico de múltiples bits puede transmitir simultáneamente información en diferentes frecuencias a través del módulo de ruta óptica, permitiendo así que el módulo de procesamiento óptico reciba información al mismo tiempo para mejorar su rendimiento de cálculo global. Además, la invención utiliza el módulo de ruta óptica para convertir los datos en señales ópticas, lo que se consigue sin necesidad de condiciones estrictas. Los costes de fabricación y funcionamiento son inferiores a las de los ordenadores cuánticos. En los dibujos:
- La FIG. 1 es un diagrama de bloques esquemático del sistema informático óptico de múltiples bits;
- la FIG. 2 es un diagrama de bloques esquemático que muestra una segunda forma de realización preferida del sistema informático óptico de múltiples bits;
- la FIG. 3 es un diagrama de bloques esquemático que muestra una tercera forma de realización preferida del sistema informático óptico de múltiples bits;
- la FIG. 4 es un diagrama de bloques esquemático que muestra una cuarta forma de realización preferida del sistema informático óptico de múltiples bits; y
- la FIG. 5 es un diagrama de bloques esquemático que muestra una quinta forma de realización preferida del sistema informático óptico de múltiples bits.
A continuación, se describe una forma de realización preferente del sistema informático óptico de múltiples bits de acuerdo con la presente invención. Como se muestra en la FIG. 1, el sistema informático óptico de múltiples bits incluye un módulo de fuente óptica 11, un módulo de ruta óptica 12, un módulo de almacenamiento de información óptica 13 y un módulo de procesamiento óptico 14. Preferentemente, el módulo de fuente óptica 11 genera señales ópticas de una pluralidad de frecuencias, por ejemplo, una primera señal óptica de frecuencia y una segunda señal óptica de frecuencia. El módulo de ruta óptica 12 incluye al menos una primera ruta óptica 121, una segunda ruta óptica 122 y una tercera ruta óptica 123. La primera ruta óptica 121 incluye un terminal de entrada conectado al módulo de fuente óptica 11 para recibir la primera señal óptica de frecuencia y la segunda señal óptica de frecuencia. El módulo de almacenamiento de información óptica 13 recibe la primera señal óptica de frecuencia y la segunda señal óptica de frecuencia a través de la primera ruta óptica 121. El módulo de almacenamiento de información óptica 13 incluye una pluralidad de unidades de almacenamiento, por ejemplo, una primera unidad de almacenamiento 131 y una segunda unidad de almacenamiento 132. La primera unidad de almacenamiento 131 recibe y almacena la primera señal óptica de frecuencia como primera información, y la segunda unidad de almacenamiento 132 recibe y almacena la segunda señal óptica de frecuencia como segunda información. El módulo de procesamiento óptico 14 está conectado al módulo de almacenamiento de información óptica 13 por medio de la segunda ruta óptica 122 y recibe un comando externo. El módulo de procesamiento óptico 14 accede a la primera información y la segunda información del módulo de almacenamiento de información óptica 13 de acuerdo con el comando externo, y realiza una operación de comando con la primera información y la segunda información para generar primera información de salida y segunda información de salida. La primera información de salida y la segunda información de salida se transmiten por medio de la segunda ruta óptica 122 para almacenarse en la primera unidad de almacenamiento 131 y la segunda unidad de almacenamiento 132 del módulo de almacenamiento de información óptica 13.
En una primera forma de realización preferente de la invención, el sistema informático óptico de múltiples bits incluye una placa de ruta óptica, en la que se forma el módulo de ruta óptica 12. El módulo de ruta óptica 12 se forma en la placa de ruta óptica mediante procesos de fotolitografía y laser.
La ruta óptica de la invención se fabrica proporcionando primero una capa de material fotorresistente en la placa de ruta óptica. Posteriormente, las imágenes de desarrollo forman un patrón en el material fotorresistente de la placa de ruta óptica. El procesamiento laser se realiza en la porción de la placa de ruta óptica que no está cubierta por el material fotorresistente, lo que genera una ruta óptica. Preferentemente, la placa de ruta óptica es un sustrato de silicio, un sustrato de vidrio o un sustrato de vidrio plástico.
Dado que el módulo de ruta óptica 12 en la placa de ruta óptica puede transmitir simultáneamente señales ópticas de múltiples frecuencias, la primera señal óptica de frecuencia y la segunda señal óptica de frecuencia pueden transmitirse simultáneamente al siguiente destino a través del módulo de ruta óptica 12, tal como el módulo de almacenamiento de información óptica 13 o el módulo de procesamiento óptico 14. En otras formas de realización, el módulo de fuente óptica 11 también puede generar más señales ópticas de diferentes frecuencias de acuerdo con la información de entrada externa. En este caso, el módulo de procesamiento óptico 14 puede acceder simultáneamente a múltiples datos para reducir el tiempo de acceso y mejorar aún más la velocidad de procesamiento general del sistema informático óptico de múltiples bits.
Por ejemplo, en el caso de la luz visible, las señales de diferentes frecuencias son transportadas por luz de diferentes colores. Además, la luz de diferentes colores puede pasar simultáneamente a través del módulo de ruta óptica 12 en la placa de ruta óptica. A modo de ejemplo, una señal de luz roja, una señal de luz naranja, una señal de luz amarilla, una señal de luz verde y una señal de luz azul representan, respectivamente, señales ópticas de cinco frecuencias diferentes. El módulo de ruta óptica 12 de la placa de ruta óptica permite el paso simultáneo de una señal de luz roja, una señal de luz naranja, una señal de luz amarilla, una señal de luz verde y una señal de luz azul. Por lo tanto, el módulo de procesamiento óptico 14 puede acceder simultáneamente a señales ópticas de cinco frecuencias diferentes. Las señales ópticas de cinco frecuencias diferentes tienen, respectivamente, cinco tipos diferentes de información óptica. Por lo tanto, la cantidad de datos a las que puede acceder simultáneamente el módulo de procesamiento óptico 14 aumenta en un factor de cinco, lo que reduce el tiempo de acceso y acelera la velocidad de procesamiento global.
Además, las señales se transmiten a través del módulo de ruta óptica 12 de la placa de ruta óptica. No se requiere energía eléctrica en el proceso de transmisión de señales y, por lo tanto, no hay perdida de energía durante la transmisión de señales. Como resultado, el consumo total de energía es más económico. Solo se requiere una pequeña cantidad de energía eléctrica para garantizar un buen funcionamiento. Por lo tanto, el sistema informático óptico de múltiples bits puede usar una celda solar como fuente de alimentación, que convierte la energía solar en energía eléctrica para su uso. Dado que el consumo de energía es muy bajo, la energía eléctrica suministrada por la celda solar puede garantizar el buen funcionamiento del sistema informático óptico de múltiples bits. La celda solar se puede reactivar irradiando luz sobre la misma en cualquier momento. Por lo tanto, el sistema informático óptico de múltiples bits puede funcionar durante mucho tiempo sin tener que cargarse.
Preferentemente, el módulo de procesamiento óptico 14 está compuesto por una pluralidad de conmutadores de control de luz, cada uno de los cuales tiene dos terminales de conexión y un terminal de control. Cuando el terminal de control recibe una señal óptica de control, las señales ópticas pueden pasar entre las dos terminales de conexión del conmutador de control de luz. Preferentemente, cada uno de los conmutadores de control de luz comprende una unidad fotorresistente y una unidad fotosensible.
Se hace referencia a la FIG. 2. En una segunda forma de realización preferente de la invención, el módulo de fuente óptica 11 incluye una pluralidad de diodos emisores de luz (LED), cada uno de las cuales recibe una señal de control y genera, en consecuencia, una señal óptica de frecuencia. Por ejemplo, el módulo de fuente óptica 11 incluye un primer LED D1 y un segundo LED D2. El primer LED D1 recibe una primera señal de control desde un primer terminal de entrada de señales I/P1, y genera, en consecuencia, la primera señal óptica de frecuencia. El segundo LED D2 recibe una segunda señal de control desde un segundo terminal de entrada de señales I/P2, y genera, en consecuencia, la segunda señal óptica de frecuencia. La primera señal óptica de frecuencia y la segunda señal óptica de frecuencia son, respectivamente, señales digitales binarias.
Se hace referencia a la FIG. 3. En una tercera forma de realización preferente de la presente invención, cada una de las unidades de almacenamiento del módulo de almacenamiento de información óptica 13 incluye una pluralidad de memorias intermedias, cada una de las cuales tiene un estado de absorción y un estado de paso para almacenar un bit de datos. Por ejemplo, la primera unidad de almacenamiento 131 del módulo de almacenamiento de información óptica 13 incluye una pluralidad de primeras memorias intermedias 1311, cada una de las cuales tiene un estado de absorción y un estado de paso. La segunda unidad de almacenamiento 132 incluye una pluralidad de segundas memorias intermedias 1321, cada una de las cuales también tiene un estado de absorción y un estado de paso. Cuando la primera unidad de almacenamiento 131 recibe la primera señal óptica de frecuencia y cuando cada una de las primeras memorias intermedias 1311 o cada una de las segundas memorias intermedias 1321 está en el estado de absorción, las señales ópticas que entran en la primera unidad de almacenamiento 131 se absorben. Cuando cada una de las primeras memorias intermedias 1311 o cada una de las segundas memorias intermedias 1321 está en el estado de paso, las señales ópticas que entran en las primeras memorias intermedias 1311 o las segundas memorias intermedias pueden pasar. Cada una de las primeras memorias intermedias 1311 recibe secuencialmente los bits de la primera señal óptica de frecuencia y, en consecuencia, conmuta al estado de absorción o al estado de paso. Cada una de las segundas memorias intermedias 1321 recibe secuencialmente los bits de la segunda señal óptica de frecuencia y, en consecuencia, conmuta al estado de absorción o al estado de paso. De esta manera, la primera unidad de almacenamiento 131 y la segunda unidad de almacenamiento 132 almacenan la primera señal de frecuencia óptica y la segunda señal de frecuencia óptica como primera información y segunda información, respectivamente. De acuerdo con una señal de comando, el módulo de procesamiento óptico 14 lee los estados de las primeras memorias intermedias 1311 y las segundas memorias intermedias 1321, y recibe la primera información y la segunda información.
Se hace referencia a la FIG. 4. En una cuarta forma de realización preferente de la invención, cada una de las unidades de almacenamiento del módulo de almacenamiento de información óptica 13 incluye una pluralidad de memorias intermedias, una unidad de conversión fotoeléctrica y una unidad de conversión electroóptica. Las memorias intermedias de cada una de las unidades de almacenamiento están conectadas al módulo de fuente óptica a través de la unidad de conversión fotoeléctrica y el módulo de ruta óptica. La unidad de conversión fotoeléctrica convierte la señal óptica de una frecuencia en una señal eléctrica para almacenarse en cada una de las memorias intermedias. Además, las memorias intermedias de cada una de las unidades de almacenamiento están conectadas al módulo de procesamiento óptico a través de la unidad de conversión electroóptica y el módulo de ruta óptica. La unidad de conversión electroóptica convierte las señales eléctricas almacenadas en cada una de las memorias intermedias en las señales ópticas para que el módulo de procesamiento óptico 14 acceda a ellas. Por ejemplo, la primera unidad de almacenamiento 131 del módulo de almacenamiento de información óptica 13 incluye además una primera unidad de conversión fotoeléctrica 1312 y una primera unidad de conversión electroóptica 1313, y la segunda unidad de almacenamiento 132 incluye además una segunda conversión fotoeléctrica y una segunda unidad de conversión electroóptica 1323. En la forma de realización preferente, cada una de las primeras memorias intermedias 1311 y las segundas memorias intermedias 1321 es una memoria caché.
Cada una de las primeras memorias intermedias 1311 está conectada al módulo de fuente óptica 11 a través de la primera unidad de conversión fotoeléctrica 1312 y el módulo de ruta óptica 12 para convertir la primera señal óptica de frecuencia en una primera señal eléctrica que se almacenará en cada una de las primeras memorias intermedias 1311. Cada una de las primeras memorias intermedias 1311 está conectada al módulo de procesamiento óptico 14 a través de la primera unidad de conversión electroóptica 1313 y el módulo de ruta óptica 12 para convertir la primera señal eléctrica almacenada en cada una de las primeras memorias intermedias 1311 en la primera información para que el módulo de procesamiento óptico 14 acceda a ella.
Del mismo modo, cada una de las segundas memorias intermedias 1321 está conectada al módulo de fuente óptica 11 a través de la segunda unidad de conversión fotoeléctrica 1322 y el módulo de ruta óptica 12 para convertir la segunda señal óptica de frecuencia en una segunda señal eléctrica que se almacenara en cada una de las segundas memorias intermedias 1321. Cada una de las segundas memorias intermedias 1321 está conectada al módulo de procesamiento óptico 14 a través de la segunda unidad de conversión electroóptica 1323 y el módulo de ruta óptica 12 para convertir la segunda señal eléctrica almacenada en cada una de las segundas memorias intermedias 1321 en la segunda información para que el módulo de procesamiento óptico 14 acceda a ella.
Se hace referencia a la FIG. 5. En una quinta forma de realización preferente de la invención, el sistema informático óptico de múltiples bits incluye además un módulo de conversión fotoeléctrica 15 dispuesto en la placa de ruta óptica y conectado al módulo de procesamiento óptico 14 a través de una tercera ruta óptica 123. El módulo de conversión fotoeléctrica 15 tiene una pluralidad de fotodetectores, cada uno de las cuales está conectado a la tercera ruta óptica 123. Cada uno de los fotodetectores recibe, respectivamente, una de las señales ópticas de frecuencia y genera información digital en consecuencia. Por ejemplo, el módulo de conversión fotoeléctrica 15 incluye un primer fotodetector 151 y un segundo fotodetector 152. El primer fotodetector 151 recibe las señales ópticas de la tercera ruta óptica 123, genera primera información digital de acuerdo con la primera señal óptica de frecuencia y proporciona la primera información digital por medio de un primer terminal de salida O/P1. El segundo fotodetector 152 recibe las señales ópticas de la tercera ruta óptica 123, genera segunda información digital de acuerdo con la segunda señal óptica de frecuencia y proporciona la segunda información digital por medio de un segundo terminal de salida O/P2. El módulo de conversión fotoeléctrica 15 está configurado para integrar el sistema informático óptico con el sistema informático electrónico de la técnica anterior. Convierte la primera señal óptica de frecuencia y la segunda señal óptica de frecuencia del sistema informático óptico en información digital en base a cambios de voltaje, y proporciona la información digital a un módulo de procesamiento de señales eléctricas posterior para su mejor aplicación.
Claims (7)
1. Un sistema informático óptico de múltiples bits, que comprende:
- un módulo de fuente óptica (11) para generar una señal de luz que contiene señales ópticas de diferentes frecuencias;
- un módulo de ruta óptica (12), que tiene un terminal de entrada conectado al módulo de fuente óptica (11) para recibir las señales ópticas e incluye una primera ruta óptica (121) y una segunda ruta óptica (122);
- un módulo de almacenamiento de información óptica (13) para recibir las señales ópticas por medio de la primera ruta óptica (121), y que contiene una pluralidad de unidades de almacenamiento (131, 132), donde cada una de las unidades de almacenamiento (131, 132) recibe una de las señales ópticas que se almacenarán como información óptica; y
- un módulo de procesamiento óptico (14) conectado al módulo de almacenamiento de información óptica (13) por medio de la segunda ruta óptica (122) y que recibe un comando externo;
- en donde el sistema informático óptico de múltiples bits estácaracterizado por queel módulo de procesamiento óptico (14) accede a la información óptica de cada una de las unidades de almacenamiento (131, 132) simultáneamente desde el módulo de almacenamiento de información óptica (13) de acuerdo con el comando externo, realiza una operación de comando con la información óptica almacenada en cada una de las unidades de almacenamiento (131, 132) y proporciona una pluralidad de informaciones de salida, correspondiendo cada información de salida a una de la pluralidad de unidades de almacenamiento (131, 132); y la pluralidad de informaciones de salida se transmite por medio de la segunda ruta óptica (122) a una correspondiente de la pluralidad de las unidades de almacenamiento (131, 132) del módulo de almacenamiento de información óptica (13) para su almacenamiento;
- comprendiendo además el sistema informático óptico de múltiples bits:
- una placa de ruta óptica, en donde el módulo de ruta óptica (12) se forma en la placa de ruta óptica a través de un proceso de fotolitografía y laser o un proceso de grabado.
2. El sistema informático óptico de múltiples bits de la reivindicación 1, en donde la placa de ruta óptica es un sustrato de silicio, un sustrato de vidrio o un sustrato de vidrio plástico.
3. El sistema informático óptico de múltiples bits de la reivindicación 1, que comprende además un módulo de conversión fotoeléctrica (15) dispuesto en la placa de ruta óptica y conectado al módulo de procesamiento óptico (14) a través de una tercera ruta óptica (123) del módulo de ruta óptica (12), conteniendo el módulo de conversión fotoeléctrica (15) una pluralidad de fotodetectores (151, 152) conectados a la tercera ruta óptica (123), donde los fotodetectores (151, 152) reciben, respectivamente, las señales ópticas y generan, respectivamente y en consecuencia, información digital.
4. El sistema informático óptico de múltiples bits de la reivindicación 1, en donde el módulo de procesamiento óptico (14) comprende una pluralidad de conmutadores de control de luz, cada uno de los cuales tiene dos terminales de conexión y un terminal de control; en donde cuando el terminal de control de uno de los conmutadores de control de luz recibe una señal óptica de control, entre los dos terminales de conexión del conmutador de control de luz hay un estado de paso; y cada uno de los conmutadores de control de luz comprende una unidad fotorresistente y una unidad fotosensible.
5. El sistema informático óptico de múltiples bits de la reivindicación 1, en donde el módulo de fuente óptica (11) incluye una pluralidad de diodos emisores de luz (D1, D2), cada uno de los cuales recibe una señal de control para generar, en consecuencia, la señal óptica con una frecuencia; en donde cada una de las señales ópticas es una señal digital binaria.
6. El sistema informático óptico de múltiples bits de la reivindicación 1, en donde cada una de las unidades de almacenamiento (131, 132) del módulo de almacenamiento de información óptica (13) incluye una pluralidad de memorias intermedias (1311, 1321), donde cada una de las memorias intermedias (1311, 1321) tiene un estado de absorción y un estado de paso.
7. El sistema informático óptico de múltiples bits de la reivindicación 1, en donde cada una de las unidades de almacenamiento (131, 132) del módulo de almacenamiento de información óptica (13) incluye:
- una pluralidad de memorias intermedias (1311, 1321);
- una unidad de conversión fotoeléctrica (1312, 1322), en donde cada una de las memorias intermedias (1311, 1321) está conectada al módulo de fuente óptica (11) por medio de la unidad de conversión fotoeléctrica (1312, 1322) y la primera ruta óptica (121), y la unidad de conversión fotoeléctrica (1312, 1322) convierte la señal óptica en una señal eléctrica que se almacenará en las memorias intermedias (1311, 1321); y
- una unidad de conversión electroóptica (1313, 1323), en donde cada una de las memorias intermedias (1311, 1321) está conectada al módulo de procesamiento óptico (14) por medio de la unidad de conversión electroóptica (1313, 1323) y la segunda ruta óptica (122), y la unidad de conversión electroóptica (1313, 1323) convierte las señales eléctricas almacenadas en cada una de las memorias intermedias (1311, 1321) en la información óptica.
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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