高性能可擴(kuò)展光片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計.pdf

1、憑借低時延、高帶寬以及低能耗的通信優(yōu)勢，光互連被寄予希望替代傳統(tǒng)電互連，成為片上通信系統(tǒng)最具前景的互連技術(shù)。光片上網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計得到普遍關(guān)注。但現(xiàn)有光片上網(wǎng)絡(luò)阻塞問題嚴(yán)重，網(wǎng)絡(luò)性能提升受限；同時，大規(guī)模光片上網(wǎng)絡(luò)的能耗利用率較低，擴(kuò)展能力不足。為解決上述問題，本文旨在提高網(wǎng)絡(luò)性能及擴(kuò)展能力，從不同角度出發(fā)設(shè)計光片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　首先，為解決傳統(tǒng)的基于電路交換的光片上網(wǎng)絡(luò)存在的資源預(yù)約開銷大、擴(kuò)展性差以及阻塞嚴(yán)重等問題。本文將波長資源

2、功能分化，同時用于提高傳輸帶寬和降低阻塞概率，提出一種新型基于電路交換的光片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——MRONoC。它首先憑借高效的波長分配方案解決阻塞問題，然后在垂直方向引入多根并行波導(dǎo)緩解波長資源受限的壓力以改善自身擴(kuò)展性。MRONoC可支持單播與多播通信，在分組長度適度的情況下能耗利用率占優(yōu)，網(wǎng)絡(luò)性能較好，與傳統(tǒng)的基于Mesh的光片上網(wǎng)絡(luò)相比，飽和吞吐量可提升133％。
　　其次，現(xiàn)有無源光片上網(wǎng)絡(luò)存在擴(kuò)展能力不足和插入損耗較大等問題。

3、本文面向大規(guī)模無源光片上網(wǎng)絡(luò)，充分考慮其對擴(kuò)展性能、面積與能耗開銷以及傳輸可靠性的要求，設(shè)計無源光片上網(wǎng)絡(luò)——POINT。鑒于波長資源使用受限，POINT對波長與波導(dǎo)資源的使用數(shù)量進(jìn)行組合優(yōu)化。其采用模塊化的設(shè)計思想，僅利用多波導(dǎo)提供所需的通信信道構(gòu)建基礎(chǔ)交換模塊，并以此作為互連單元進(jìn)行規(guī)則互連，進(jìn)而對各模塊分配工作波長，消除模塊間的通信競爭。仿真結(jié)果表明，POINT較傳統(tǒng)的無源光片上網(wǎng)絡(luò)可減少約39%的面積開銷和約44%的插入損耗。<

4、br>　　最后，為適應(yīng)多核處理器“瓦片”狀的分布方式，本文探索并設(shè)計基于規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Torus的無源光片上網(wǎng)絡(luò)——TAONoC。為克服波長不同的光信號在同一節(jié)點處同時發(fā)生偏轉(zhuǎn)難以實現(xiàn)的困難，TAONoC利用寬帶微環(huán)諧振器的多波長并行傳輸優(yōu)勢，并以“波長組”為單位為網(wǎng)絡(luò)中所有轉(zhuǎn)向節(jié)點循環(huán)分配“轉(zhuǎn)向波長組”；為保證自身支持多播通信，且無目的節(jié)點阻塞，TAONoC對各水平、垂直波導(dǎo)上的各波長的調(diào)制器、解調(diào)器制定布局策略。統(tǒng)計分析顯示TAONo