基于波长分配的光片上网络设计与研究

摘要

随着半导体工艺技术的发展和人们对高性能处理器的需求日益提高,越来越多的IP核被集成到单个芯片上,当IP核的集成规模达到数以百计的时候,如何为多核架构设计高效的互连通信结构,是未来芯片设计面临的主要问题。由于电互连存在高能耗、高时延、串扰严重等固有的缺陷,因此基于电互连的多核互连平台——片上网络(Network-on-Chip, NoC)很难满足超大规模多核系统核间的高速通信需求。随着各种CMOS工艺兼容的集成光器件的出现和硅光子技术的发展,在单一芯片上集成完整的光电路已经成为可能。同时光传输具有低时延、高带宽以及低能耗的传输特性,可以有效解决当前片上网络面临的诸多瓶颈,因此越来越多的研究人员着手研究基于光互连技术的片上网络——光片上网络( Optical Network-on-Chip, ONoC)。
　　本文首先针对基于光电路交换的光片上网络存在阻塞严重、通信效率低、采用多波长通信时光传输网络和光路由器结构复杂等问题,提出一种基于拉丁方阵的波长分配方式,借此来降低网络的阻塞,简化光路由器和光传输网络结构,并设计出相应的基于波长分配的光片上网络(Wavelength Assignment NoC, WANoC)网络。仿真结果表明WANoC可以大幅降低时延和能耗。
　　针对 WANoC存在建链开销大、网络占用资源多的问题,我们重新设计了电控制网络和光传输网络的互连结构,从而提出了基于子网划分和波长分配的光片上网络(Optical Network-on-Chip Using Central-controlled Subnet and Wavelength Assignment, CWNoC)结构,首先我们把整个电控制网络划分为几个子网,再采用分级互连的方式,使整个网络的资源控制集中化,再在光传输网络中通过使用宽带微环谐振器简化整个光网络的结构。仿真表明 CWNoC可以将通信时延降低一半,将功耗降低了70％。

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第一章 绪论

1.1光片上网络的背景及发展

1.2光片上网络的分类

1.3 本文的研究重点

1.4 本文研究内容及安排

第二章 片上光器件

2.1光波导

2.2激光器

2.3 光检测器

2.4 微环谐振器

第三章 基于拉丁方阵的波长分配方法及网络结构

3.1 波长分配方法研究

3.2 拉丁方阵及波长分配

3.3 WANoC网络结构和通信机制

3.4 WANoC仿真结果分析

第四章 CWNoC的网络结构及波长分配方法

4.1 CWNoC的网络结构

4.2 CWNoC的电路由器设计及通信时隙分配

4.3 CWNoC性能仿真

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

硕士在读期间的参与科研情况与研究成果