Информационно-вычислительная система на функциональных модулях ОЭС с фотон-электрон-фотонными многоканальными связями
На рисунке 104 представлена информационно-вычислительная система на функциональных модулях ОЭС с фотон-электрон-фотонными многоканальными связями.
Состав функциональных модулей ОЭС с фотон-электрон-фотонными многоканальными связями:
- функциональный модуль ОЭС с процессорным и коммутационным ОЭ СБИС;
- функциональный модуль ОЭС с коммутационным ОЭ СБИС и интерфейсом связи с абонентом.
Принцип организации информационной многоканальной связи:
- передача информационных данных – цифроаналоговое электронно-фотонное кодирование;
- приём информационных данных – аналого-цифровое фотон-электронное декодирование.
На рисунке 105 представлена информационно-вычислительная кластерная система из восьми тесно связанных процессорных модулей с 256 удалёнными информационными абонентами.
ФЭ встраиваемая вычислительная платформа – ФЭФ ВВП
Встраиваемая вычислительная платформа ФЭФ ВВП предназначена для построения многодатчиковых информационно-вычислительных и многопроцессорных систем на базе 3D М ФЭФ М и платформы MicroTCA OM открытого стандарта MicroTCA.
Конструкция ФЭФ ВВП представляет собой встраиваемую многослойную плату форм-фактора 3U (181,5×73,5 мм) с 3 разъёмами QMS-052-01-SL-D-EM2-TR для установки функциональных 3D М ФЭФ М с соответствующими связями и разъёмом для связи с модулями платформы MicroTCA.
Функциональными 3D М ФЭФ М являются 3D М ФЭФ М АС-Х1, 3D М ФЭФ М АС-Х2, 3D М ФЭФ М АС-Х3, 3D М ФЭФ М ВВ.
Система связи между разъёмами QMS-052-01-SL-D-EM2-TR обеспечивает формирование соответствующей проблемно-ориентированной платформы путём установки 3D М ФЭФ М АС-Х1, 3D М ФЭФ М АС-Х2, 3D М ФЭФ М АС-Х3, 3D М ФЭФ М ВВ.
Связь ФЭФ ВВП с модулем хост-ЭВМ платформы MicroTCA OM осуществляется по интерфейсу SRIO.
Разводка сигнальных цепей и цепей электропитания ФЭФ ВВП соответствует группе сигналов электропитания и информационным линиям платформы MicroTCA.
На рисунке 106 представлена структурная схема ФЭФ ВВП.
Оптические связи 3D М ФЭФ М организуются с помощью соответствующего соединения многоканальных оптических разъёмов ВОЛС. Оптическая система связи обеспечивает информационное подключение 3D М ФЭФ М между собой и с удалёнными датчиками.
3D М ФЭФ М информационно-вычислительная система для контроля и управления электроэнергетическими комплексами типа СТАТКОМ
Статические компенсаторы реактивной мощности (СТАТКОМ) широко используются для решения различных проблем передачи и распределения электрической энергии, связанных с большими и быстрыми колебаниями реактивной мощности.
В СТАТКОМ система управления тиристорных (транзисторных) вентилей преобразует электрические импульсы управления тиристоров в световые и передаёт их на высокий потенциал посредством волоконно-оптических световодов, принимает контрольные световые импульсы с каждой тиристорной ячейки и регулирует количество и расположение отказавших тиристоров.
Например, система управления реализуется на базе специализированного контроллера, содержащего центральный процессор ADSP-2181 (командный цикл 25 нс), программируемую логическую матрицу XCS30-PQ240, FLASH-память AM29F040 (512 Кбайт), два последовательных канала передачи данных RS-232, быстродействующий канал 1 Мбод, жидкокристаллический графический дисплей и клавиатуру. Система управления состоит из 84 приёмников и передатчиков световых сигналов, 12 из которых предназначены для обмена сигналами с датчиками и приёмниками дискретной и оцифрованной аналоговой информации от объекта.
Оптоэлектронная информационно-вычислительная интеллектуальная система на базе 3D М ФЭФ М АС-Х2 позволяет более компактно и совершенно подключаться к драйверам управления сильноточными тиристорами/транзисторами, снимать показания с системных датчиков и обмениваться информацией по волоконно-оптическим каналам с оптоэлектронным вычислительным блоком обработки, управления и визуализации.
На рисунке 107 представлена структурная схема системы для СТАТКОМ.
Технические характеристики:
- количество подключаемых драйверов управления сильноточными тиристорами/транзисторами – до 64;
- подключение драйверов к 3D МОЭМ АС-Х2 осуществляется с помощью АЦП/ЦАП или волоконных каналов;
- количество подключаемых системных датчиков – до 64;
- подключение датчиков к 3D МОЭМ АС-Х2 осуществляется с помощью АЦП/ЦАП или волоконных каналов.
Производительность ФЭ ВВП эквивалентна производительности сигнальных процессоров фирмы Texas Instruments в составе трёх процессоров TMS320С6455 производительностью 2,9 МIPS (млн инструкций в с/мВт) и одного процессора TMS320С6474 производительностью 4,0 МIPS.
Организация оптических связей между 3D МОЭМ АС-Х2 позволяет реализовать резервирование каналов связи. Масштабирование абонентских узлов (драйверов, датчиков) осуществляется путём масштабирования ФЭ ВВП.
Модульная платформа MicroTCA OM многопроцессорных высокопроизводительных информационно-вычислительных систем на базе 3D М ФЭФ М
Многопроцессорная высокопроизводительная информационно-вычислительная система на базе 3D М ФЭФ М представляет собой систему на базе ОМ6040 или OM6120 фирмы Kontron, состоящую из MicroTCA, шасси с источником питания от сети переменного тока и вентиляторами, а также базового набора AdvancedMC-модулей: MCH (коммутатор), CPU (процессор), HDD (накопитель) и плат 3D ФЭ ВВП, соответствующих формату (см. рис. 108).
Система ОМ6040 соответствует требованиям спецификаций AMC.1 версии R2, AMC.1 (PCI Express x4), AMC.2 (Ethernet), AMC.3 (SAS/SATA), AMC.4 (Serial Rapid IO), базовой спецификации MicroTCA версии R1.0 и спецификации IPMI 1.5.
Внешний вид систем ОМ6040 и ОМ6120 показан на рисунке 109.
3D ФЭФ многопроцессорная высокопроизводительная система состоит из:
- шасси с источником питания от сети переменного тока и вентиляторами;
- коммутатора MicroTCA MCH с GbE и PCIe/SRIO;
- процессорного АМС-модуля АМ4100 (Freescale PowerPC MPC8641D (1,5 ГГц) с загрузочной флеш-памятью 32 Мбайт и поддержкой CompactFlash до 1 Гбайт);
- МС-модуля АМ4500 с жёстким диском SATA;
- предустановленной ОС Linux 2.16 (Windriver) либо ОС VxWorks;
- 3D М ФЭФ М встраиваемых плат соответствующей проблемной ориентации.
Заключение
Разработанные ООО «ОЭС» технология и устройства на базе 3D М ФЭФ М соответствуют концепции развития технологической платформы «Фотоника» по направлению «Оптоэлектроника – элементы и узлы, оптоинформатика и узлы».
Авторы готовы к сотрудничеству с заинтересованными сторонами в развитии данного научно-технологического направления и могут выполнить соответствующие прикладные проекты на базе разработанных 3D М ФЭФ М.
Работы выполнялись при частичной финансовой поддержке в рамках ФЦП «Национальная технологическая база» на 2002–2006 годы, ФЦП «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008–2015 годы.
Соисполнителем работ в части разработки и изготовления 3D ФЭ СБИС VCSEL являлся Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур при Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН (НТЦ микроэлектроники при ФТИ им. А.Ф. Иоффе, г. Санкт-Петербург).
Соисполнителями работ в части разработки и изготовления 3D ФЭ СБИС М А/Ц являлся ЗАО «ПКК Миландр» (г. Москва).
Литература
- Фотоника. / Под pед. М. Еленсона. – М.: Миp, 1985.
- Валях Е. Последовательно-параллельные вычисления. – М.: Миp, 1985.
- Системы параллельной обработки. / Под pед. Д. Ивенс. – М.: Миp, 1985.
- Sterling Т., Messina P., Smith P.H. Enabling Technology for Petaflops Computing. Published by Massachusetts Institute of Technology (MIT). 1995.
- СБИС для распознавания образов и обработки изображений. – М.: Мир, 1998.
- Иванов А.Б. Волоконная оптика. Компоненты, системы передачи, измерения. – М.: SYRUS SYSTEMA. 1999.
- Активные фазированные антенные решётки. / Под pед. Д.И. Воскpесенского. – М.: Радиотехника, 2004.
- Кун С. Матричные процессоры на СБИС. – М.: Мир, 1991.
- Морозов В.Н. Оптоэлектронные матричные процессоры. Массовая б-ка инженера «Электроника». – М.: Радио и связь. 1986.
- Одиноков С.Б., Петров А.В. Анализ точностных параметров оптико-электронного матрично-векторного процессора обработки цифровой информации. Квантовая электроника, 22. 1995 № 10.
- Забулонов М.И., Иванов П.А., Евтихиев Н.Н., Каменский А.В., Стариков Р.С., Шевчук А.В. Разработка оптических вычислителей в виде гибридных микросхем и микромодулей: компьютерное моделирование и экспериментальное макетирование. Наукоёмкие технологии. 2005 № 5.
- Пантелейчук А. Цифровые сигнальные процессоры Texas Instruments для мультимедийных приложений. Компоненты и технологии. 2007. № 9.
- Оптические вычисления. / Под pед. Р. Арратуна. – М.: Мир, 1993.
- Малеев Н.А., Кузьменков А.Г., Шуленков А.С., Блохин С.А., Кулагина М.М., Задиранов Ю.М., Тихомиров В.Г., Гладышев А.Г., Надточий А.М., Никитина Е.В., Lott J.A., Сведе-Швец В.Н., Леденцов Н.Н., Устинов В.М. Матрицы вертикально излучающих лазеров спектрального диапазона 960 нм. Физика и техника полупроводников. 2011. Том 45. Вып. 6.
- Впервые в истории создан фотонный процессор, готовый к запуску в серию. Cnews. 24.12.2015.
- Сведе-Швец В.Н., Сведе-Швец В.В. Комплекс принципов и аппаратно-программных средств ввода, преобразования, обработки, хранения, коммутации и передачи пространственно-временной многоканальной информации с 3D-архитектурой. Приложение к журналу «Информационные технологии». 2008. № 3.
- Агрич Ю.В. Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь и способ его калибровки. Патент РФ № 2341017, 10.04.2008 г, пр. 29.09.2006 г.
- Агрич Ю.В. Дифференциальный компаратор с выборкой входного сигнала. Патент № 2352061, 10.04.2009 г., пр. 11.02.2008 г.
- Павлов А.М. Принципы организации бортовых вычислительных систем перспективных летательных аппаратов. Мир компьютерной автоматизации. 2001. № 4.
