前言

        随着AI时代的到来，算力正在成为一种资源，而token即是算力，而强大的性能往往需要更多能耗与更大的发热量，而想要有更高的性能与更低的功耗，光计算无疑是一种绝佳的选择，可问题是如何利用光进行计算呢，而谷歌的OCS全光交换技术的出现，给三进制全光计算带来了希望的曙光，那什么是OCS，为什么它可以进行光计算，下面逐一讲解。

全光交换机OCS

        光是信息的载体，谷歌的OCS全光交换机采用光纤与MEMS微透镜阵列，其核心原理是用微型镜子来反射光，就像是小时候玩的激光笔打在镜子上就会反射光，依靠的是物理反射寻光，采用的是二层镜子的结构，第一层是入射光，第二层是接收光，而这些微型镜子是可以旋转的，若将光纤中的光比喻成一列高铁，那镜子的反射就像是高铁的换轨，高铁并没有停下来只是换了轨道，同样的，光也没有停下来只是被改变了传播路径，其切换速度可达毫秒级，目前产业己实现规模化量产，代表有Google、Calient、Lumentum等相关企业，细节请看：3D MEMS全光路交换机原理

MEMS全光开关

MEMS光开关是基于微机电系统（micro-electro-mechanical system），采用光学微镜或光学魏镜阵列来改变光束的传播方向实现光路的切换。 MEMS光开关原理十分简单，当进行光交换时，通过静电力或磁电力的驱动，移动或改变MEMS微镜的角度，把输入光切换到光开关的不同输出端以实现光路的切换及通断。

理论

        这感觉跟交换机真的很有关系，如果之前没看过Dmitry V. Sokolov的天才设计，可以先看一下平衡三进制全加器这文章先附带有原文，他提出一种很天才的零件构想，同样的基础的实现硬件也是用于交换机的，这个基础的硬件设计来源于Shaos硬件名为dg403，它可以将-5v/0v/5v这三种电压状态切换，而这基础块就是三态多路复用器，这个零件几乎可以组成任意想要的平衡三进制逻辑门，这种零件可以看作是有五个引脚（S、N、O、P、C）的黑盒子，如下图所示：

其中S为数据选择端，C为数据输出端，而(N、O、P)都为数据输入端，它的输入及输出都为三元信号，也就是三个信号源选一个，每时每刻仅且只有一个数据信号与输出端相连，默认是与中间路线相连。

光计算的变种

        基于上面的三态多路复用器的黑盒理论，而OCS全光交换是可以达成上面的条件的，通过这二层的微型镜子的旋转，让光切换为不同的路径，也就是简单的左旋与右旋，就可以实现光学的三态多路复用器，跟下面的图差不多（去除上面两边的平行镜子），一个输出端口有镜子与三个输入端口有镜子，详情请看：硬核科普：谷歌OCS和CPO技术讲解

可以想象一下，最下面就是N、O、P输入，分别是红/绿/蓝三种颜色的光，最上面的TPU Pod C就是输出端口，而控制微型镜子的旋转就是S，利用不同的旋转，可以让Pod C任意选择一种颜色的光进行输出，这样光就成为计算的载体，有了这个光学三态多路复用器零件，就可以用这个零件组成平衡三进制的全加器，之前还看过三值光学计算机的相关，用的是无光态和偏振方向正交的两个线偏振光态，光确实是可用于计算的。

光计算的意义

为什么要这样做，因为现在二进制的硅基芯片差不多到头了，更重要的是它是一个耗能大户，而光计算对于能源的节约是非常可观的，对算力提升也是巨大的，即使是重新用三进制重走二进制的硅基芯片的老路，也会遇到同样的瓶颈问题，更重要的是目前是AI的时代，而它的核心思想是投入数据，然后经过特定结构得到最经结果，就像是计算一个加法123+369的运算，我们只要投入这些数据，然后流过这个结构，就可以得到492的最终结果，并不关心它的过程，只要控制它流过的路径，得到值后反过来改变路径不断修正最后得结果，其中目前为止，已经有平衡三进制fpga的板U可以买到了，所以平衡三进制计算机是存在，即使它目前是二进制fpga。

参考

1、Ternary computing: basics

2、Ternary Logic CPUs