Трудности современной схемотехники

Главное отличительное свойство образов - большая информационная насыщенность, или, выражаясь языком электротехники, широкополосность информации. Иными словами, образ характеризуется числом бит на порядки превосходящим информационную размерность символа. Сравните 32-64-разрядные машинные слова современных ЭВМ и графические образы, характеризуемые мегабайтами информации. При этом образ является единым информационным объектом. Многие его атрибуты (например, связность областей) являются глобальными - их нельзя вычленить, обрабатывая отдельные части образа независимо.

Можно, конечно, обрабатывать образы последовательно, шаг за шагом, небольшими порциями - символами, как это до сих пор и делают компьютеры. Машинные слова современных процессоров имеют размерности от 16 до 64. Однако это с неизбежностью замедляет вычисления. Повышение параллелизма за счет увеличения разрядности универсальных процессоров идет медленно и с большим трудом, т.к. сопровождается резким усложнением их структуры. Согласно эмпирическому закону Рента, число элементов современных электронных схем, оперирующих n-разрядной информацией, растет как n^4.8 (см. Рис. 1).

Рисунок 1. Эмпирическая зависимость числа вентилей в микропроцессорах от количества входов-выходов.

Очевидно, что эта тенденция, распространенная на размерность n > 100, приводит к нереалистичным размерам электронных схем. Следовательно, коренное увеличение быстродействия, требуемое для обработки образов в реальном времени, должно сопровождаться коренным изменением схемотехники. Должны появиться специализированные процессоры образов, построенные на новых принципах, отличных от используемых в универсальных компьютерах.

Специфика этого нового поколения процессоров диктуется самой природой образной информации - ее широкополосностью.