• אודות
  • כנסים ואירועים
  • צור קשר
  • הצטרפות לניוזלטר
  • TapeOut Magazine
  • ChipEx
  • סיליקון קלאב
  • Jobs
מבית
EN
Tech News, Magazine & Review WordPress Theme 2017
  • עיקר החדשות
    שבבי סנאפדרגון של קוואלקום. אילוסטרציה: depositphotos.com

    קוואלקום מציגה מאיצי בינה מלאכותית לדאטה־סנטר בתחרות ישירה מול אנבידיה

    זיכויים ממס לתעשיית השבבים. אילוסטרציה: depositphotos.com

    בנק אוף אמריקה מעלה תחזית: שוק השבבים יגיע ל־טריליון דולר כבר ב־2027 — ה־AI וה-HBM דוחפים קדימה

    יואל מארק, סגנית נשיא למחקר ומדע, Alexa Shopping, אמזון

    איחוד האמיריות: ממירים נפט בטכנולוגיה – מכון מחקר בבעלות איחוד האמירויות פועל בחיפה

    אנתרופיק. אילוסטרציה: depositphotos.com

    אנתרופיק חתמה על עסקה של עשרות מיליארדי דולרים עם גוגל לרכישת שבבי בינה מלאכותית

    nextsilicon logo

    NextSilicon משיקה את Maverick-2: מנוע Dataflow ל-HPC ומציגה גם מעבד RISC-V בשם Arbel

    צעדים וצעדי נגד בין ארה"ב לסין בתחום השבבים. אילוסטרציה: depositphotos.com

    סין דורשת נתונים רגישים מחברות שבבים אמריקניות במסגרת חקירת היצף – דגש על שבבים אנלוגיים

  • בישראל
    קמפוס אפלייד מטיריאלס_קרית המדע רחובות קרדיט יח''צ

    אפלייד מטיריאלס תפטר כ־100 עובדים בישראל כחלק מהתייעלות עולמית

    תשתית הבינה המלאכותית של ארה"ב. צילום יחצ, אנבידיה

    NVIDIAמרחיבה את תשתית ה-AI של ארה״ב, ומכריזה על קישוריות למחשבים קוונטיים, ושבבים שפותחו בישראל

    צביקה גולצמן, רשות החדשנות - קרדיט צילום ינאי רובחה

    בכיר ברשות החדשנות: “כדי לשמר יתרון – למקד, להקים חממות שבבים ולהשקיע בהון אנושי”

    יחסי ישראל-סין. אילוסטרציה: depositphotos.com

    סין–ישראל: סדקים ביחסים – אבל “הפרדה” בין פוליטיקה לכלכלה ממשיכה בינתיים לעבוד

    איריס רועי, סמנכ"ל משאבי אנוש בחברת UCT. צילום יחצ

    חברת  UCT ישראל מגייסת 50 עובדים

    Jon_medved_2_at_ISC_sept_2013

    ג׳ון מדבד אובחן ב-ALS ועובר לתפקיד היו״ר; כלי טשיל מונה למנכ״ל OurCrowd

  • מדורים
    • אוטומוטיב
    • בינה מלאכותית (AI/ML)
    • בטחון, תעופה וחלל
    • ‫טכנולוגיות ירוקות‬
    • ‫יצור (‪(FABs‬‬
    • ‫צב"ד‬
    • ‫שבבים‬
    • ‫רכיבים‬ (IOT)
    • ‫תוכנות משובצות‬
    • ‫תכנון אלק' (‪(EDA‬‬
    • תקשורת מהירה
    • ‫‪FPGA‬‬
    • ‫ ‪וזכרונות IPs‬‬
  • מאמרים ומחקרים
  • צ'יפסים
  • Chiportal Index
    • Search By Category
    • Search By ABC
No Result
View All Result
Chiportal
  • עיקר החדשות
    שבבי סנאפדרגון של קוואלקום. אילוסטרציה: depositphotos.com

    קוואלקום מציגה מאיצי בינה מלאכותית לדאטה־סנטר בתחרות ישירה מול אנבידיה

    זיכויים ממס לתעשיית השבבים. אילוסטרציה: depositphotos.com

    בנק אוף אמריקה מעלה תחזית: שוק השבבים יגיע ל־טריליון דולר כבר ב־2027 — ה־AI וה-HBM דוחפים קדימה

    יואל מארק, סגנית נשיא למחקר ומדע, Alexa Shopping, אמזון

    איחוד האמיריות: ממירים נפט בטכנולוגיה – מכון מחקר בבעלות איחוד האמירויות פועל בחיפה

    אנתרופיק. אילוסטרציה: depositphotos.com

    אנתרופיק חתמה על עסקה של עשרות מיליארדי דולרים עם גוגל לרכישת שבבי בינה מלאכותית

    nextsilicon logo

    NextSilicon משיקה את Maverick-2: מנוע Dataflow ל-HPC ומציגה גם מעבד RISC-V בשם Arbel

    צעדים וצעדי נגד בין ארה"ב לסין בתחום השבבים. אילוסטרציה: depositphotos.com

    סין דורשת נתונים רגישים מחברות שבבים אמריקניות במסגרת חקירת היצף – דגש על שבבים אנלוגיים

  • בישראל
    קמפוס אפלייד מטיריאלס_קרית המדע רחובות קרדיט יח''צ

    אפלייד מטיריאלס תפטר כ־100 עובדים בישראל כחלק מהתייעלות עולמית

    תשתית הבינה המלאכותית של ארה"ב. צילום יחצ, אנבידיה

    NVIDIAמרחיבה את תשתית ה-AI של ארה״ב, ומכריזה על קישוריות למחשבים קוונטיים, ושבבים שפותחו בישראל

    צביקה גולצמן, רשות החדשנות - קרדיט צילום ינאי רובחה

    בכיר ברשות החדשנות: “כדי לשמר יתרון – למקד, להקים חממות שבבים ולהשקיע בהון אנושי”

    יחסי ישראל-סין. אילוסטרציה: depositphotos.com

    סין–ישראל: סדקים ביחסים – אבל “הפרדה” בין פוליטיקה לכלכלה ממשיכה בינתיים לעבוד

    איריס רועי, סמנכ"ל משאבי אנוש בחברת UCT. צילום יחצ

    חברת  UCT ישראל מגייסת 50 עובדים

    Jon_medved_2_at_ISC_sept_2013

    ג׳ון מדבד אובחן ב-ALS ועובר לתפקיד היו״ר; כלי טשיל מונה למנכ״ל OurCrowd

  • מדורים
    • אוטומוטיב
    • בינה מלאכותית (AI/ML)
    • בטחון, תעופה וחלל
    • ‫טכנולוגיות ירוקות‬
    • ‫יצור (‪(FABs‬‬
    • ‫צב"ד‬
    • ‫שבבים‬
    • ‫רכיבים‬ (IOT)
    • ‫תוכנות משובצות‬
    • ‫תכנון אלק' (‪(EDA‬‬
    • תקשורת מהירה
    • ‫‪FPGA‬‬
    • ‫ ‪וזכרונות IPs‬‬
  • מאמרים ומחקרים
  • צ'יפסים
  • Chiportal Index
    • Search By Category
    • Search By ABC
No Result
View All Result
Chiportal
No Result
View All Result

בית TapeOut Magazine עיבוד מידע אופטי: עבר הווה ועתיד

עיבוד מידע אופטי: עבר הווה ועתיד

by פרופ' זאב זלבסקי
10 אפריל 2022
in תקשורת מהירה, TapeOut Magazine
עיבוד מידע אופטי: עבר הווה ועתיד

אילוסטרציה לטכנולוגיות פוטוניות: העברת תקשורת מהירה בעזרת אור

Share on FacebookShare on TwitterLinkedinWhastsapp

עיבוד נתונים אופטי הוא שיטה יעילה מאד בגלל היכולת להעביר כמות מידע הרבה יותר גדולה כאשר אפנון המידע מתבצע על גל-נושא אופטי (כוון שהתדר של פוטון גבוה בכ- 5 סדרי גודל לעומת תדר של גלי רדיו ומיקרוגל) וכן ביכולת לפתח יחידת עיבוד הפחות רגישה לרעשי השראות אלקטרו-מגנטיים (Electromagnetic and radio frequency interference) כמו גם מבחינת צריכת ההספק המוקטנת (הקטנה ניכרת בכמות ההספק המומר לחום אותו יש לפזר).

התחום קיבל תנופה משמעותית עם ההמצאה של הלייזר בתחילת שנות ה- 60. הלייזר מהווה מקור אור המייצר חזית גל קוהרנטית כלומר כיוונית ואחידה לאורך זמן ובצבע אור מוגדר וחד (מונוכרומטי). התנופה הגיעה בעיקבות זה שתאורת לייזר איפשרה לממש התמרת פוריה (Fourier  Transform) מרחבית תוך שימוש בעדשות ובקידום או במרחב חופשי. כוון שהתמרת פוריה מהווה פעולה מתמטית היושבת בבסיס החישוב של הרבה מאוד מערכי עיבוד אות, העתיד ניראה מאוד מבטיח. הכיוון הכי פופלרי היה המימוש של קורלטור אופטי בשם VanderLugt שהיה בנוי משתי עדשות המרוחקות זו מזו מרחק של סכום אורכי המוקד שלהן ושהוצע לראשונה ב- 1963. קורלציה הינה פעולה המשמשת בהשוואה ובזיהוי של אותות ועל כן התיקווה הייתה להשתמש בקורלטור זה לזיהוי פרצופים וצורות. בהמשך, בשנות ה-70 וה-80 הקורלטור וטרנספורמטור הפוריה האופטי השתכללו ומגוון רחב של מערכים מרחביים של עיבוד אות אופטי הוצעו כשכולם מבוססי אופטיקה לינארית של עדשות [1,2]. מערכים אלו יכלו לתת חישוביות אופטית המממשת כל טרנספורמציית תמונה לינארית (מבוססת על מכפלה של וקטורים ומטריצות). היתרון העיקרי של החישוב האופטי היה כמות החישוב הניתנת לעשיה בבת אחת. בגלל שהחישוב היה באופטיקה מרחבית, החישוב היה מקבילי ולא טורי כמו המעבדים האלקטרוניים של היום. לפיכך, חישוב הכולל ביצוע התמרת פוריה של מיליוני נקודות (פיקסלים) במקביל היה ניתן לעשות בזמן שלוקח לאור לעבור דרך מערכי העדשות של המעבד האופטי (בפחות ממיליארדית השנייה גם עבור מערכים בגודל של סנטימטרים רבים).

הבעיה המרכזית של מחשבים אופטיים אלו הייתה כפולה. ראשית, הם כאמור יכלו לממש רק פעולות חישוב המבוססות על כפל מטריצות ווקטורים ולכן לא היו מעבד גנרי (כלומר יכול לפתור כל סוג בעית חישוב שהוא) כמו שה CPU של המחשב הנייד שלנו כיום יכול להיות. ושנית, הבעיה היותר משמעותית הייתה הממשק של המעבד האופטי לעולם החיצוני והאלקטרוני. כדי להזין תמונות משתנות למעבד וכדי להחליף את המטריצה שבה תמונת הכניסה מוכפלת היה צורך במאפנני אור מרחביים. מאפננים אלו הקיימים במקרנים של היום עובדים בקצב וידאו לערך ולכן קצב הזנת המידע לתוך המעבד היה יחסית איטי אל מול קצב העיבוד של המעבדים הטוריים האלקטרוניים הקיימים כיום ואשר עובדים בקצבים של מיליארדי פעולות בשניה. כמו כן, המעבדים האופטיים המרחביים היו יחסית גדולים ומגושמים.

קפיצת מדרגה נוספת בעיבוד האופטי חלה בשנות ה-90 עם ההתפתחות של טכנולוגיות הייצור והזיווד של האופטיקה שאיפשרו לייצר את המעבד מבוסס העדשות של שבב אופטי קטן ומשולב (integrated), שהקטין משמעותית את גודלו והפך אותו דומה יותר בצורתו למעבד החשמלי. ההתפתחות של תחום ה Silicon Photonics איפשרה בשנות ה-2000 לשלב את המעבד האופטי בשבבי הסיליקון מה שפתר שתי בעיות בו זמנית. ראשית, המעבד האופטי כבר לא נידרש להיות גנרי כי הוא עבד באותו השבב בו מומש גם המעבד האלקטרוני ולכן מטרתו של המעבד האופטי היתה מעתה רק לפתור צווארי בקבוק בפעולות עיבוד מסוימות וקשות במיוחד. שנית, פיתוח המאפננים האופטיים בסיליקון איפשר הזרקת מידע מאוד מהירה ושיפור הממשק הקיים בין האופטיקה לאלקטרוניקה.

קפיצה נוספת ביכולות המעבד הפוטוני קרתה בעשור האחרון עם ההתפתחות של תחום החישוב בעזרת רשתות ניורונליות. רשתות אלו המדמות את מבנה המח האנושי מאפשרות לבנות מעבד הבנוי מסכימה בין מספר ערוצי מידע הממושקלים במשקלים הניתנים לשינוי ואז הסכום מועבר דרך פונקציית החלטה לא לינארית כדוגמת פונקציית סף. מבנה מתמטי כזה של מעבד מאפשרת גמישות חישובית רבה שכן הוא מאפשר את האימון שלו בקביעת המשקולות ולאחר האימון המעבד יכול להיות מופעל לפתרון בעיות שעל בסיסן הוא אומן. היתרון הוא שמבנה כזה של מעבד הוא מצד אחד גנרי מספיק ומצד שני יכול להיות ממומש בארכיטקטורה מזוודת וקומפקטית. לדוגמא תוך שימוש בסיבים מרובי ליבות שיאפשרו את אותה סכימה ממושקלת של ערוצי מידע [3].

דחף משמעותי של הבשלה הנדסית הגיע מתחום התקשורת האופטית שכבר כיום כוללת מאפנני אור מהירים מאוד העובדים בקצבים של עשרות מיליארדי ביטים בשניה והיכולים להתחבר לסיבים אופטיים (כמו בתקשרות אופטית). כלומר ממשק בין מאפנני אור מבוססי סיבים הבאים מתחום התקשורת אופטית לבין סיבים מרובי ליבות יכול לממש רשת חישוב ניורונלית מהירה מאוד. כמובן שהבשלת תחום הייצור של הסיבים האופטיים בשנים האחרונות הכוללת יכולת ייצור של סיבים מרובי ליבות סיב המכונים סיבי גבישים פוטוניים Photonic Crystal Fibers (PCF) , עזרה מאוד לבניית קונפיגורציות עיבוד מסוג זה.

בקונפיגורציה שכזו פונקציות המשקול המשתנות בתהליך הלימוד והאימון של הרשת יכולות להיות ממומשות ע"י ליבות סיב שעברו סימון בחומר כמו ארביום  (Erbium) המאפשר לשלוט בקבוע ההגבר של האור שנושא את המידע ואשר עובר דרך הליבה הנתונה, בעזרת פקודת אור אחרת  הניתנת באורך גל אחר. מימושים מסוג כזה בהם נוצר חישוב אופטי גנרי ומתכוונן בקצבים גבוהים מאוד עם יכולת מימשוק מצוינת לעולם החיצוני והאלקטרוני, תוך שימוש בהבשלה הטכנולוגית שקרתה בתחום התקשורת האופטית, הוא מבטיח מאוד ומצייר עתיד וורוד לדיסיפלינה של עיבוד מידע אופטי.

השימוש באור מאפשר גם הכנסת בטיחות מידע ברמה של הפוטון מה שניקרא Physical Layer Encryption במודל רשת התקשורת [4], מה שמגדיל את האטרקטיביות של כוון זה אף יותר לאור החשיבות הגבוהה לבטיחות מידע בחומרה ובתוכנה. השיפורים העתידיים בתחום זה ימשיכו לקרות תוך פיתוח רכיבי עיבוד היברידיים המשלבים פעולות עיבוד אופטיות יחד עם אלקטרוניות תוך שימוש בפוטוניקת סיליקון יחד עם סיבים אופטיים מיוחדים ותוך מתן מענה לא רק לקצבי עבודה גבוהים אלא להורדה משמעותית של צריכת הספק, מרכיב שהופך מרכזי יותר ויותר בהקשרים של נושא הקיימות וההתחממות הגלובלית. שילוב עתידי של צורות עיבוד המבוססות של חישוב קוונטי אופטי ניבדקות כבר היום באקדמיות השונות בעולם ויכולות להוות קפיצת מדרגה נוספת ביכולות החישוביות שייושם לפחות לסוג בעיות חישוב הדורשות קישוריות גבוהה בין מרכיבי הרשת החישובית.

המאמר נכתב ע"י פרופ' זאב זלבסקי, הפקולטה להנדסה, אוניברסיטת בר-אילן

מקורות:

  1. D. Mendlovic, Z. Zalevsky, G. Shabtay and U. Levy, “Fourier Data Processing in Optics,” Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, Ed. J. G. Webster, John Wiley and Sons (Sep. 2003).
  2. Z. Zalevsky, D. Mendlovic and G. Shabtay, “Transformations in optics: Novel perspectives, approaches, applications and implementations,” J. of Opt. & Quant. Elect. 34, 1175-1181 (2002).
  3. E. Cohen, D. Malka, A. Shemer, A. Shahmoon, Z. Zalevsky and M. London, “Neural networks within multi-core optic fibers,” Sci. Rep. 6, 29080, Nature Publishing Group (2016).
  4. E. Wohlgemuth, Y. Yoffe, T. Yeminy, Z. Zalevsky and D. Sadot, “Demonstration of Coherent Stealthy and Encrypted Transmission for Data Center Interconnection,” Opt. Exp. 26, 7638-7645 (2018).

תגיות סיליקון פוטוניקספוטוניקה
פרופ' זאב זלבסקי

פרופ' זאב זלבסקי

נוספים מאמרים

אמיר פנוש מנכ'ל סיוה. צילום באדיבות החברה
תקשורת מהירה

סיוה מעמיקה את הובלתה בתחום הקישוריות האלחוטית

ירון גליצקי. צילום רון קובי
תקשורת מהירה

ירון גליצקי מונה לתפקיד סגן נשיא בכיר ומנהל חטיבת ה-AI בחברת סיוה

גדעון בן צבי, מנכ'ל ולנס סמיקונדקטור - קרדיט צילום - ולנס סמיקונדקטור.
תקשורת מהירה

ולנס מדווחת על תוצאות הרבעון השני: עלייה בהכנסות אך ירידה בתחזית השנתית בעקבות המכסים

תקשורת מהירה

אינטל תפצל את חטיבת NEX לחברה עצמאית – 400 עובדים בישראל יושפעו

הפוסט הבא
האם הגיע הרגע לו ציפינו – תכנון שבבים בעזרת בינה מלאכותית?

האם הגיע הרגע לו ציפינו – תכנון שבבים בעזרת בינה מלאכותית?

כתיבת תגובה לבטל

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

  • הידיעות הנקראות ביותר
  • מאמרים פופולאריים

הידיעות הנקראות ביותר

  • NextSilicon משיקה את Maverick-2: מנוע Dataflow ל-HPC…
  • אוניברסיטת תל-אביב והטכניון נכנסו לעשירייה העולמית…
  • איחוד האמיריות: ממירים נפט בטכנולוגיה – מכון…
  • בנק אוף אמריקה מעלה תחזית: שוק השבבים יגיע ל־טריליון…
  • אנתרופיק חתמה על עסקה של עשרות מיליארדי דולרים עם…

מאמרים פופולאריים

  • אריק שמר:"מאד מעניין אותי לפתור בעיות".…
  • הפנים הפחות מוכרות של דב מורן: מבחינתי המכירה של M…
  • גרפן 2026: האם הגענו לשלב בו יחליף את שבבי הסיליקון?
  • הקאמבק הגדול של השיחה הטלפונית
  • יקב שדות ים – שלושה חברים ויין

השותפים שלנו

לוגו TSMC
לוגו TSMC

לחצו למשרות פנויות בהייטק

כנסים ואירועים

כנסים ואירועים

כנס ChipEx2025 יערך ב-13-14 במאי, 2025. הכנס מיועד לכל העוסקים בתעשיית הסמיקונדקטור  כולל מהנדסים, מומחים מקצועיים ובכירים.

לחץ לפרטים

הרשמה לניוזלטר של ChiPortal

הצטרפו לרשימת הדיוור שלנו


    • פרסם אצלנו
    • עיקר החדשות
    • הצטרפות לניוזלטר
    • בישראל
    • צור קשר
    • צ'יפסים
    • Chiportal Index
    • TapeOut Magazine
    • אודות
    • מאמרים ומחקרים
    • תנאי שימוש
    • כנסים
    • אוטומוטיב
    • בינה מלאכותית
    • בטחון, תעופה וחלל
    • ‫טכנולוגיות ירוקות‬
    • ‫יצור (‪(FABs‬‬
    • ‫צב"ד‬
    • ‫רכיבים‬ (IOT)
    • ‫שבבים‬
    • ‫תוכנות משובצות‬
    • ‫תכנון אלק' (‪(EDA‬‬
    • ‫‪FPGA‬‬
    • ‫ ‪וזכרונות IPs‬‬

    השותפים שלנו

    כל הזכויות שמורות Chiportal (c) 2010 תנאי שימוש ומדיניות פרטיות

    דרונט דיגיטל - בניית אתרים, בניית אתרי וורדפרס, בניית אתרי סחר, חנות אינטרנטית, פיתוח אתרים

    No Result
    View All Result
    • עיקר החדשות
    • בישראל
    • מדורים
      • אוטומוטיב
      • בינה מלאכותית (AI/ML)
      • בטחון, תעופה וחלל
      • ‫טכנולוגיות ירוקות‬
      • ‫יצור (‪(FABs‬‬
      • ‫צב"ד‬
      • ‫שבבים‬
      • ‫רכיבים‬ (IoT)
      • ‫תוכנות משובצות‬
      • ‫תכנון אלק' (‪(EDA‬‬
      • ‫‪FPGA‬‬
      • ‫ ‪וזכרונות IPs‬‬
      • תקשורת מהירה
    • מאמרים ומחקרים
    • צ'יפסים
    • כנסים
    • Chiportal Index
      • אינדקס חברות – קטגוריות
      • אינדקס חברות A-Z
    • אודות
    • הצטרפות לניוזלטר
    • TapeOut Magazine
    • צור קשר
    • ChipEx
    • סיליקון קלאב

    כל הזכויות שמורות Chiportal (c) 2010 תנאי שימוש ומדיניות פרטיות

    דרונט דיגיטל - בניית אתרים, בניית אתרי וורדפרס, בניית אתרי סחר, חנות אינטרנטית, פיתוח אתרים

    דילוג לתוכן
    פתח סרגל נגישות כלי נגישות

    כלי נגישות

    • הגדל טקסטהגדל טקסט
    • הקטן טקסטהקטן טקסט
    • גווני אפורגווני אפור
    • ניגודיות גבוההניגודיות גבוהה
    • ניגודיות הפוכהניגודיות הפוכה
    • רקע בהיררקע בהיר
    • הדגשת קישוריםהדגשת קישורים
    • פונט קריאפונט קריא
    • איפוס איפוס