高度並列光多重コンピューティングシステムの試作

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05558025
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 樋口 龍雄 東北大学, 大学院・情報科学研究所, 教授 (20005317)
• 研究分担者: 青木 孝文 東北大学, 工学部・電子工学科, 助手 (80241529)
• キーワード: 光コンピュータ / 光計算機 / 光電子集積回路 / 波長多重化 / 集合論理 / 多値論理

研究概要

本年度は、光多重コンピューティングシステムの最適設計法の基礎を確立するとともに,光基本ゲートならびにこれを用いた並列多重加算モジュールを試作し,その性能評価を行った.
1.まず,本研究代表者が提案する3種類の光集合論理ゲート:和集合ゲート,補集合ゲートおよび変換ゲートを用いて光多重コンピューティングシステムを系統的に設計する方法を確立した.この結果,配線量が最小になるように,仕様として与えられたデータ依存グラフの構造を3次元空間に射影することにより,最適構造の回路が導出できることが明らかになった.本設計法に基づき,特に,並列加算器,並列乗算器などの設計を行い,配線の減少率と波長数の関係を評価した.
2.上記の光集合論理ゲートの実現のための鍵になる多波長分光用光電子集積回路(フィルタ・ディテクタ)を試作し,その性能評価を行った.これは,多重化された光を波長ごとに分解し,その有無を電気信号に変換する素子であるが,従来の半導体プロセスのみでは製作が困難であることが判明した.このため,(1)標準プロセスによるフォトダイオードおよび電流増幅回路の集積化(配線工程を除く),(2)集積回路上への誘電体多層膜フィルタの堆積,(3)アルミ配線工程,という3段階のプロセスで試作を行った.さらに,試作したチップを用いて,波長670nmおよび830nmのレーザ光の識別に成功した.
3.誘電体多層膜フィルタ,光ファイバ,レーザダイオード,フォトダイオードおよび電子回路部品を組み合わせて光多重コンピュータの3種類の光集合論理ゲートを製作した.また,これらの論理ゲートを用いて並列多重加算モジュールを構成し,これが約1MHzの動作周波数,100mWの消費電力で動作することを確認した.

研究成果

• [文献書誌] T.Aoki: "Design of optical circuits for multiplex computing based on set-valued logic" OSA(Optical Society of America)Applied Optics. 32. 7170-7183 (1993)
• [文献書誌] T.Aoki: "Multiwave computing circuits using integrated opto-electronic devices" ISSCC Digest of Technical Papers. 134-135 (1994)
• [文献書誌] Y.Yuminaka: "Design of wave-parallel computing circuits for densely connected architectures" Proc.of the 24th IEEE Int'l Symp.on Multiple-Valued Logic. (掲載決定). (1994)
• [文献書誌] Y.Watanabe: "Design of multiwave computing circuits based on a model of integrated opto-electronic devices" Proc.of the 24th IEEE Int'l Symp.on Multiple-Valued Logic. (掲載決定). (1994)
• [文献書誌] T.Takimoto: "Design of multiplex interconnection networks for massively parallel computing systems" Proc.of the 24th IEEE Int'l Symp.on Multiple-Valued Logic. (掲載決定). (1994)