收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于光波导的芯片间光互连网络的设计与实现

余志华  
【摘要】:随着通信和计算机技术等信息科学技术的发展,特别是近几年来高速信息通信网的飞速发展,要求计算机处理速度向着每秒千亿次、万亿次甚至更快的高性能计算机方向发展。而传统电互连技术的性能由于固有的物理原因而受到限制,已越来越不适应高速信息处理与传输的要求。因此,光互连技术的研究越来越受到国内外研究者的重视,以高速率的光互连技术取代目前计算机中所采用的铜导线,以光子而不是电子为媒介,在芯片间之间实现高密度、高速传输数据。 本文的研究对象为基于波导的芯片间光互连网络,首先从Maxwell方程出发,分析阶跃型平板波导中的波动方程以及场分布的解的形式和相关参量。由于方程的解析解难以确定,引入有限差分光束传输法,详细推导出FDBPM求解光在波导中传输的过程,并用它在Matlab上来实现光波导器件的设计和仿真。 其次提出一种新型的PCB上芯片间光互连的基本结构,主要包括:VCSEL激光器、波导耦合器、内置光波导和光接收器;光互连层是其实现的关键,充分利用有限差分光束传输法来设计和分析光互连层。对所设计的矩形多模光波导仿真分析显示,其传输效率将大于99%。接下来,系统研究光波导的制备工艺,通过实验摸索,总结出一套刮刀法制作光波导的工艺流程,主要包括模具制作和波导制作两个部分,它具有步骤简单,易于控制波导芯层尺寸,适合制作大尺寸波导等突出优点。然后,对制作出的波导样品进行了通光测试和波导损耗测试,结果表明,其各路波导的平均损耗大概在3dB左右,符合通信要求。 最后针对芯片间互连网络特点,分别设计了三种不同的网络模型:基于弯曲波导的全连接光互连网络、基于光开关阵列的全光交换互连网络和基于Mesh的光电混合互连网络。通过分析各自特点,选用最后一种方案,并在PCB板上成功制作出基于2×2 Mesh的光互连网络演示系统。它采用阵列式VCSEL/PIN垂直腔表面发射并行光发射/光接收模块,通过PCB板中光波导层进行光信号传输。对该系统进行全面测试表明:系统成功实现芯片间MESH网络的上移、下移、左移、右移光互连功能,光波长850m,单通道速率3.125Gbit/s,误码率低于10-16,完全满足通信要求。 总之,成功实现了一种基于光波导的芯片间光互连网络,它将光互连层引入到常规电路板中,克服了电路板上芯片间电互连的高速瓶颈,具有创新性,对发展宽带、高速、大容量信息通讯网和高性能计算机并行处理和传输系统,具有重要的现实意义和应用前景。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 I.P.Kaminow;光波导器件[J];中国激光;1980年Z1期
2 凤兰;吴根柱;霍海燕;;光束传播法在光波导中的应用[J];内蒙古石油化工;2010年24期
3 李国正;刘淑平;;GexSi_(1-x)/Si异质结脊形光波导结构参数的研究[J];半导体杂志;1996年04期
4 李锋;刘保亭;赵庆勋;闫正;;铁电薄膜光波导的研究进展[J];激光与红外;2006年09期
5 刘淑平;SOI脊形光波导结构参数的研究[J];光子技术;2001年02期
6 龚姣丽;杨盈莹;李志扬;;基于模式匹配法的平面波导光场分布分析[J];光学与光电技术;2006年01期
7 武继江,石邦任,孔梅;质子交换Y分支光波导弯曲损耗研究[J];光学与光电技术;2005年04期
8 张海廷;余国贤;刘晓红;李德隆;;BOA型铌酸锂光波导开关[J];北京邮电大学学报;1990年03期
9 郝寅雷;郑伟伟;江舒杭;谷金辉;孙一翎;杨建义;李锡华;周强;江晓清;王明华;;低损耗离子交换玻璃基光波导制备与分析[J];无机材料学报;2009年05期
10 于晓红;连洁;卢霏;宋平;高尚;;椭圆偏振法研究B离子注入LiNbO_3光波导的光学特性[J];人工晶体学报;2009年06期
11 陈昱;沈祥;徐铁峰;张巍;陈芬;李军;宋宝安;戴世勋;聂秋华;王占山;;硫系玻璃光波导研究进展[J];激光与光电子学进展;2011年11期
12 杨建义;冯浩;王明华;;有限差分光束传输法的分析[J];计算物理;1996年01期
13 ;光波导参数测试[J];中国光学与应用光学文摘;2007年01期
14 陈媛媛;杨笛;吴静珠;孙梅;;SOI光波导器件的研究进展[J];北京工商大学学报(自然科学版);2009年04期
15 张夕飞;马长峰;;基于3D-VTGM-SBPM平行定向耦合器模拟研究[J];光子学报;2006年02期
16 于荣金;集成光学的进展与现状——纪念集成光学诞生二十周年[J];光子学报;1990年02期
17 张夕飞;马长峰;;基于变量变换伽辽金法光波导半矢量分析[J];计算物理;2006年02期
18 明宪兵;卢霏;刘汉平;王磊;侯东超;刘祥志;张瑞锋;;MeV He~+离子注入氧化锌晶体光波导特性研究[J];中国激光;2009年02期
19 武继江;石邦任;郭丽君;;退火质子交换Y分支波导弯曲损耗分析[J];传感技术学报;2006年03期
20 王明华;郝寅雷;李锡华;周强;江晓清;杨建义;;离子交换玻璃光波导工艺与集成光学器件研究[J];红外与激光工程;2006年S5期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 冷月华;贾连希;胡挺;杨林;杨华军;;亚微米SOI光波导的模式及偏振特性分析[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
2 阿布力孜·伊米提;肖开提·阿布力孜;麦麦提伊明·马合木提;Kiminori Itoh;;光波导乙醇气体传感器的研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
3 万莹;费旭;周金山;崔占臣;;用于制作光波导器件的新型高含氟光刻胶的合成与表征[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
4 费旭;万莹;崔占臣;;用于制作光波导器件的含氟光刻胶的合成与表征[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
5 费旭;胡娟;崔占臣;;含氟聚酯型聚合物光波导材料的合成[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
6 梁琨;陈旺;吴伯瑜;罗淑云;殷建军;叶钢;;聚合物绝热分叉型数字热光开关[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年
7 王明华;郝寅雷;李锡华;周强;江晓清;杨建义;;离子交换玻璃光波导工艺与集成光学器件研究[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(E 光电子器件技术专题)[C];2006年
8 王玥;吴远大;李建光;安俊明;王红杰;张家顺;尹小杰;胡雄伟;;光敏性杂化SiO_2波导薄膜的制备、表征及应用[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
9 李少荣;小石结;任豪;;高性能PPLN/QPM-SHG绿色激光器的开发[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
10 彭文彬;张先徽;王兴权;孙秀平;冯克成;;可见光域质子交换LiNbO_3光波导偏振器的研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张艳武;有机/无机复合材料光学性质及其可调控光波导器件[D];复旦大学;2008年
2 滕婕;聚合物基光波导器件研究[D];大连理工大学;2010年
3 隋国荣;光波导器件对接耦合的自动化技术研究[D];上海理工大学;2008年
4 衣云骥;聚合物平面光波导集成技术的基础研究[D];吉林大学;2012年
5 肖立峰;集成光学声光可调谐滤波器的研究及应用[D];天津大学;2007年
6 周海峰;新型硅基集成光子器件的研究[D];浙江大学;2009年
7 袁菁;离子交换光波导及光功分器仿真研究[D];华中科技大学;2007年
8 张小贝;微环谐振器及应用的理论与实验研究[D];华中科技大学;2009年
9 李康;光波导器件的高阶FDTD并行仿真分析[D];山东大学;2006年
10 姜伟;含硫氟代可自交联聚酰亚胺光波导材料的合成及性能研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄小濆;基于荧光光波导的探测光幕研究[D];合肥工业大学;2014年
2 丛隆元;基于铒镱共掺可溶性配合物的全聚合物光波导放大器的研究[D];吉林大学;2014年
3 王辉;全聚合物波分复用型光波导器件的研制[D];吉林大学;2013年
4 刘树森;稀土掺杂氟化物纳米晶的合成、表征及其在有机光波导放大器中的应用[D];吉林大学;2014年
5 赵世民;聚合物热光波导器件研究[D];吉林大学;2014年
6 郝军;光波导中古斯汉欣位移的研究[D];上海交通大学;2010年
7 李浩;有机无机双层光波导延迟线研究[D];吉林大学;2014年
8 强薇;纳米多孔硅光波导器件的制备及其特性研究[D];东华大学;2013年
9 刘明芳;极坐标下二维逆矩阵法测量光波导折射率[D];吉林大学;2010年
10 陈曦;基于LiYF_4:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的聚合物光波导放大器的研究[D];吉林大学;2014年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 本报记者 刘洪宇;“光脑”渐近[N];中国计算机报;2009年
2 记者 陈峰华;两项目获贴息补助850万元[N];嘉兴日报;2009年
3 记者 陈峰华 通讯员 杨振武;嘉兴3家企业或“好事将近”[N];嘉兴日报;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978