TWI693498B - 多位元光運算系統 - Google Patents

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Abstract

本創作提供一種多位元光運算系統，包含一光源模組，產生複數頻率光訊號，且一光資訊儲存模組通過一光路模組接收各該頻率光訊號，儲存為複數光資訊；一光處理模組根據一外部指令通過該光路模組接收該光資訊儲存模組中的各該光資訊進行一指令運算，產生一複數輸出資訊，且通過該光路模組將各該輸出資訊儲存至該光資訊儲存模組。

Description

多位元光運算系統
一種運算系統，尤指一種多位元光運算系統。
現有的電子計算機(Electronic computer)主要係藉由代表「0」的低電壓訊號及代表「1」的高電壓訊號兩種數位的電位訊號傳遞資訊，並且包含儲存模組及處理模組。儲存模組將輸入的一數位訊號轉換為固態資訊儲存，處理模組由該儲存模組中讀取該固態資訊，並進行由算術運算及比較運算兩種運算組成的複雜運算指令。
現有的電子計算機由於係藉由電壓訊號進行傳輸及運算，單一電路通道上在一個時間點僅能傳輸進行單一序列的電位訊號，而該處理模組也僅能接收到一組電位訊號進行運算，以輸出一個運算結果，因此其運算速度受到限制。
此外，雖目前有量子電腦的發展，能夠快速的運算，但量子電腦必須先完成量子疊加與量子纏繞兩個先決條件，同時還必須在足夠低溫，接近絕對零度的環境下才能夠運行，這些條件造成量子電腦的成本過高，商業化的進行困難重重。
有鑑於現有的電子計算機系統僅能進行單一序列的電位訊號運算，其運算及傳輸速度受到限制，以及量子電腦成本過高的問題，本創作提供 一種多位元光運算系統，包含一光源模組、一光路模組、一光資訊儲存模組，及一光處理模組。該光源模組產生一光訊號，該光訊號中包含複數頻率光訊號；該光路模組包含一輸入端，該輸入端連接該光源模組以接收該光訊號，該光資訊儲存模組通過該光路模組接收該光訊號，且該光資訊儲存模組包含有複數儲存單元，各該儲存單元分別接收其中一頻率光訊號並儲存為一光資訊。該光處理模組通過該光路模組連接該光資訊儲存模組，並且接收一外部指令，該光處理模組進一步根據該外部指令由該光資訊儲存模組存取各該儲存單元中的光資訊，對各該光資訊進行一指令運算，產生複數輸出資訊，並經由該光路模組傳輸各該輸出資訊至該光資訊儲存模組的各該儲存單元儲存。
當該光路模組傳輸該光源模組產生的光訊號時，該光路模組是傳輸複數不同頻段的頻率光訊號，並分別儲存各該頻率光訊號於該光資訊儲存模組的各該儲存單元。也就是說，各該儲存單元分別儲存承載於不同頻率光訊號中的光資訊。當該光處理模組由該光資訊儲存模組存取光資訊時，則同時由各該儲存單元存取不同的光資訊，如此一來，由於各該光資訊系乘載於不同頻率光訊號中，不同光資訊的處理彼此間相互不干擾，該光處理模組便可同時間存取不同的光資訊，且該光處理模組對該不同頻率的光資訊進行同步運算，並進一步輸出乘載於不同頻率光訊號中的輸出資訊。
本創作的多位元光運算系統相較現有的電子計算機系統能夠通過該光路模組同時傳送不同頻段的多筆資訊，進而讓該光處理模組能夠同時接收到多筆資訊，以提高整體運算系統的處理運算速度。此外，本創作是通過光路模組將資料轉換成光訊號的形式進行傳送，不需要嚴苛的條件即可運行，製作及運行成本皆較量子電腦為低。
11:光源模組
D1:第一發光二極體
D2:第二發光二極體
12:光路模組
13:光資訊儲存模組
131:第一儲存單元
1311:第一暫存器
132:第二儲存單元
1321:第二暫存器
14:光處理模組
15:光電轉換模組
151:第一光偵測器
152:第二光偵測器
I/P1:第一訊號輸入端
I/P2:第二訊號輸入端
O/P1:第一訊號輸出端
O/P2:第二訊號輸出端
圖1係本創作多位元光運算系統的方塊示意圖。
圖2係本創作多位元光運算系統第二較佳實施例的方塊示意圖。
圖3係本創作多位元光運算系統第三較佳實施例的方塊示意圖。
圖4係本創作多位元光運算系統第四較佳實施例的方塊示意圖。
圖5係本創作多位元光運算系統第五較佳實施例的方塊示意圖。
以下將進一步說明本創作的多位元光運算系統的較佳實施例。請參閱圖1所示，本創作提供一種多位元光運算系統，包含一光源模組11、一光路模組12、一光資訊儲存模組13及一光處理模組14。較佳的，該光源模組11產生的複數頻率光訊號係一第一頻率光訊號及一第二頻率光訊號，該光路模組12包含一輸入端，該輸入端連接該光源模組11以接收該第一頻率光訊號及該二頻率光訊號。該光資訊儲存模組13通過該光路模組12接收該第一頻率光訊號及第二頻率光訊號，且該光資訊儲存模組13的複數儲存單元係包含有一第一儲存單元131及一第二儲存單元132，該第一儲存單元131接收並儲存該第一頻率光訊號為一第一資訊，該第二儲存單元132接收並儲存該第二頻率光訊號為一第二資訊；一光處理模組14，通過該光路模組12連接該光資訊儲存模組13，並接收一外部指令，該光處理模組14根據該外部指令由該光資訊儲存模組13存取該光資訊儲存模組13中的第一資訊及第二資訊，對該第一資訊及該第二資訊進行一指令運算，產生一第一輸出資訊及一第二輸出資訊，並經由該光路模組12傳輸該第一輸出資訊及該第二輸出資訊至該光資訊儲存模組13的第一儲存單元131及該第二儲存單元132儲存。
在本創作的一第一較佳實施例中，該多位元光運算系統包含一光路板，該光路模組12形成於該光路板上，且該光路模組12通過顯影成像製程及雷射製程形成於該光路板上。
本創作的光路主要是通過先在該光路板上設置一層光阻材料，接著顯影成像將該光路板上的光阻材料圖樣化，再通過雷射製程對未被光阻材料覆蓋部分的光路板進行處理，形成光路通道。其中，較佳的，該光路板係一矽基板、一玻璃基板或一塑膠玻璃基板。
由於該光路板上的光路模組12能夠同時傳遞多個頻率的光訊號，因此該第一頻率光訊號及該第二頻率光訊號能夠同時通過該光路模組12傳遞至下一個目的地，例如該光資訊儲存模組13或該光處理模組14。在其他實施例中，該光源模組11也能夠根據外部輸入資訊產生更多不同頻率的光訊號，而該光處理模組14便能夠同時存取多筆資料，以減少存取時間，進一步提高該多位元光運算系統整體的處理速度。
舉例來說，若以可見光為例，不同頻率的訊號代表不同顏色的光，而各種不同顏色的光能夠同時通過該光路板上的光路模組12，例如紅光訊號、橙光訊號、黃光訊號、綠光訊號、藍光訊號分別代表5種不同頻率的光訊號，該光路板上的光路模組12能夠同時讓紅光訊號、橙光訊號、黃光訊號、綠光訊號及藍光訊號通過。因此，該光處理模組14便能夠同時存取5種不同頻率的光訊號，且5種不同頻率的光訊號分別具有5種不同的光資訊，讓該光處理模組14能夠同時存取的資料量提高5倍，藉此減少存取時間，加快整體處理速度。
此外，由於本創作是通過光路板上的光路模組12傳送訊號，在訊號傳遞的過程中不需使用電力，也就不會有傳輸訊號過程中的造成電力損耗，如此一來，在整體的電力消耗上能夠更為節省，只需少量的電力即可維持 正常運作，故本創作的多位元光運算系統可採用太陽能電池作為的電力供應來源，藉由太陽能轉換成電能來使用，且因為電力消耗不大，太陽能電池的供電量即可維持該多位元光運算系統正常運作。而太陽能電池能夠隨時通過照射光線補充電力，使得該多位元光運算系統能夠長時間的運作而不需另外充電。
較佳的，該光處理模組14由複數光控開關組成，各該光控開關分別具有二連接端及一控制端，當該控制端接收到一控制光訊號時，該光控開關的二連接端間使得光訊號通過。較佳的，各該光控開關由一光阻單元及一光敏單元形成。
請參閱圖2所示，在本創作的一第二較佳實施例中，該光源模組11包含複數發光二極體，各該發光二極體分別接收一控制訊號，並據以產生其中一頻率光訊號。舉例來說，該光源模組11係包含一第一發光二極體D1及一第二發光二極體D2。該第一發光二極體D1由一第一訊號輸入端I/P1接收一第一控制訊號，並據以產生該第一頻率光訊號；該第二發光二極體D2由一第二訊號輸入端I/P2接收一第二控制訊號，並據以產生該第二頻率光訊號。該第一頻率光訊號及該第二頻率光訊號分別係一二位元形式之數位訊號。
請參閱圖3所示，在本創作的一第三較佳實施例中，該光資訊儲存模組13的各該儲存單元分別包含複數暫存器，且各該暫存器具有一吸收狀態及一通路狀態，用以儲存一位元的資料。舉例來說，該光資訊儲存模組13的該第一儲存單元131包含複數第一暫存器1311，各該第一暫存器1311具有一吸收狀態及一通路狀態；該第二儲存單元132包含複數第二暫存器1321，各該第二暫存器1321也具有一吸收狀態及一通路狀態。當該第一儲存單元131接收該第一頻率光訊號時，當各該第一暫存器1311或各該第二暫存器1321為該吸收狀態時，係使得進入各該第一暫存器131的光訊號被吸收；當各該第一暫存器1311或各該第二暫存器1321為該通路狀態時，係使得進入各該第一暫存器1311或各 該第二暫存器1321的光訊號通過。而各該第一暫存器1311係依序接收該第一頻率光訊號的各位元，並據以切換為該吸收狀態或該通路狀態；而各該第二暫存器1321係依序接收該第二頻率光訊號的各位元，並據以切換為該吸收狀態或該通路狀態。如此一來，該第一儲存單元131及各該第二儲存單元132係分別將該第一光頻率訊號及各該第二光頻率訊號儲存為第一資訊及第二資訊，並供該光處理模組14根據一指令訊號分別由各該第一暫存器1311及各該第二暫存器1321中讀取其狀態，並接收該第一資訊及該第二資訊。
請參閱圖4所示，在本創作的一第四較佳實施例中，該光資訊儲存模組13的各該儲存單元分別包含有複數暫存器、一光電轉換單元及一電光轉換單元。各該儲存單元的暫存器分別通過該光電轉換單元及該光路模組連至該光源模組，該光電轉換單元將該其中一頻率光訊號轉換成一電訊號，以儲存該電訊號於各該暫存器中。進一步的，各該儲存單元的暫存器分別通過該電光轉換單元及該光路模組連接至該光處理模組，而該電光轉換單元將各該暫存器中儲存的電訊號轉換成該光資訊，以供該光處理模組14獲取。舉例來說，該光資訊儲存模組13的該第一儲存單元131進一步包含有一第一光電轉換單元1312及一第一電光轉換單元1313，且該第二儲存單元132進一步包含有一第二光電轉換單元1322及一第二電光轉換單元1323。在本較佳實施例中，各該第一暫存器1311及各該第二暫存器1321分別是一高速緩存記憶體(Cache)。
各該第一暫存器1311係通過該第一光電轉換單元1312及該光路模組12連接至該光源模組11，用於將該第一頻率光訊號轉換成一第一電訊號，以儲存該第一電訊號於各該第一暫存器1311中。且各該第一暫存器1311係通過該第一電光轉換單元1313及該光路模組12連接至該光處理模組14，用於將各該第一暫存器1311中儲存的第一電訊號轉換成該第一資訊，供該光處理模組14存取。
同樣地，各該第二暫存器1321係通過該第二光電轉換單元1322及該光路模組12連接至該光源模組11，用於將該第二頻率光訊號轉換成一第二電訊號，以儲存該第二電訊號於各該第二暫存器1321中。且各該第二暫存器1321係通過該第二電光轉換單元1323及該光路模組12連接至該光處理模組14，用於將各該第二暫存器1321中儲存的第二電訊號轉換成該第二資訊，供該光處理模組14存取。
請參閱圖5所示，在本創作的一第五較佳實施例中，該多位元光運算系統進一步包含一光電轉換模組15，設置於該光路板上，且連接該光路模組12。該光電轉換模組15包含複數光偵測器，各該光偵測器連接該光路模組12，各該光偵測器分別接收其中一頻率光訊號，並據以產生一數位資訊。舉例來說，該光電轉換模組15係包含一第一光偵測器151及一第二光偵測器152，該第一光偵測器151由該光路模組12接收該光訊號，並根據其中的第一頻率光訊號產生一第一數位資訊，並由一第一輸出端O/P1輸出該第一數位資訊；該第二光偵測器152由該光路模組12接收該光訊號，並根據其中的第二頻率光訊號並據以產生一第二數位資訊，並由一第二輸出端O/P2輸出該第一數位資訊。該光電轉換模組15係用以將本創作的光運算系統與現有技術中的電子計算機系統整合，將該光運算系統中的第一頻率光訊號及第二頻率光訊號轉換為基於電壓變化的數位資訊，並輸出至後端的電訊號處理模組，達到更佳的應用性。
以上所述僅是本創作的較佳實施例而已，並非對本創作做任何形式上的限制，雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本創作，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本創作技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本創作技術方案的內容，依據本創作的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本創作技術方案的範圍內。
11:光源模組
12:光路模組
13:光資訊儲存模組
131:第一儲存單元
132:第二儲存單元
14:光處理模組
I/P1:第一訊號輸入端
I/P2:第二訊號輸入端

Claims (7)

  1. 一種多位元光運算系統，包含：一光源模組，產生一光訊號，該光訊號中包含複數頻率光訊號；一光路模組，包含一輸入端，該輸入端連接該光源模組以接收該光訊號；一光資訊儲存模組，通過該光路模組接收該光訊號，且包含有複數儲存單元，各該儲存單元分別接收其中一頻率光訊號並儲存為一光資訊；一光處理模組，通過該光路模組連接該光資訊儲存模組，並接收一外部指令；該光處理模組根據該外部指令由該光資訊儲存模組存取各該儲存單元中的光資訊，對各該光資訊進行一指令運算，產生複數輸出資訊，並經由該光路模組傳輸各該輸出資訊至該光資訊儲存模組的各該儲存單元儲存；以及一光路板；其中，該光路模組係形成於該光路板上，且係通過一顯影成像製程及一雷射製程，或一蝕刻製程形成於該光路板上。
  2. 如請求項1所述之多位元光運算系統，其中，該光路板係一矽基板、一玻璃基板或一塑膠玻璃基板。
  3. 如請求項1所述的多位元光運算系統，進一步包含：一光電轉換模組，設置於該光路板上，包含：複數光偵測器，連接該光路模組，各該光偵測器分別接收其中一頻率光訊號，並據以產生一數位資訊。
  4. 如請求項1所述的多位元光運算系統，其中，該光處理模組由複數光控開關組成，各該光控開關分別具有二連接端及一控制端，當其中一光控開關的該控制端接收到一控制光訊號時，該光控開關的二連接端間為通路狀態；其中，各該光控開關由光阻單元及光敏單元形成。
  5. 如請求項1所述的多位元光運算系統，其中， 該光源模組包含：複數發光二極體；各該發光二極體分別接收一控制訊號，並據以產生一頻率光訊號；其中，各該頻率光訊號分別係二位元形式之數位訊號。
  6. 如請求項1所述的多位元光運算系統，其中，該光資訊儲存模組的各該儲存單元分別包含複數暫存器，各該暫存器具有一吸收狀態及一通路狀態。
  7. 如請求項1所述的多位元光運算系統，其中，該光資訊儲存模組的各該儲存單元包含：複數暫存器；一光電轉換單元；其中各該暫存器係通過該光電轉換單元及該光路模組連接至該光源模組，該光電轉換單元將該頻率光訊號轉換成一電訊號，以儲存該電訊號於各該暫存器中；及一電光轉換單元；其中各該暫存器係通過該電光轉換單元及該光路模組連接至該光處理模組，該電光轉換單元將各該暫存器中儲存的電訊號轉換成該光資訊。
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