光互連交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與基于FPGA基礎(chǔ)實(shí)驗.pdf

1、隨著芯片集成度的不斷提高，單個片上處理器核的數(shù)量顯著提升，多核將成為未來的主要趨勢。在不久的將來，單芯片內(nèi)將集成數(shù)百甚至上千內(nèi)核。傳統(tǒng)的片上通信架構(gòu)已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前的性能和帶寬需求，以通信為中心的片上網(wǎng)絡(luò)(NoC)技術(shù)逐漸成為計算機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)中的熱點(diǎn)問題。電互連因傳輸帶寬小、時延大、高速信號之間串?dāng)_大、功耗大以及引腳密度等限制因素，已經(jīng)成為互連進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。電子互連的成本將會超越光互連的成本，光互連正在展現(xiàn)出越來越好的商業(yè)前景。光互連

2、技術(shù)在降低系統(tǒng)功耗方面有著無可比擬的優(yōu)勢，且有著極高的通信帶寬和很小的傳輸損耗，是較為理想的片內(nèi)互連技術(shù)。
　　光交換網(wǎng)絡(luò)作為片上光互連網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心模塊，對系統(tǒng)性能起著至關(guān)重要的作用。本文首先提出了兩種基于微環(huán)的新型4×4非阻塞光交換網(wǎng)絡(luò)，第一次用五個微環(huán)構(gòu)建的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)4個雙向端口的非阻塞交換，相對于以往的結(jié)構(gòu)微環(huán)數(shù)量減少了37.5％，用其組建大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，能有效減小微環(huán)數(shù)量，降低成本;波導(dǎo)交叉也減少到了6個，有效的降低了插入

3、損耗，使得網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性增強(qiáng)。本文采用PhoenixSim仿真平臺搭建光互連網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在仿真軟件中修改完善了光器件模型，添加了基于微環(huán)光開關(guān)的新功能，在此基礎(chǔ)上分析了4×4交換網(wǎng)絡(luò)插入損耗和功耗等關(guān)鍵性能參數(shù)，仿真結(jié)果表明，提出的兩種新結(jié)構(gòu)相對于經(jīng)典結(jié)構(gòu)光功耗和插入損耗都有一定的優(yōu)化，特別是五環(huán)結(jié)構(gòu)功耗降低約24.5％。
　　在仿真的基礎(chǔ)上，本文還進(jìn)行了光互連演示硬件平臺的開發(fā)，搭建基于XilinxV5FPGA的簡易光互連架構(gòu)實(shí)驗