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基于波长分配的光片上网络设计与研究

陈峥  
【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(OpticalNetwork-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(WavelengthAssignment 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 WavelengthAssignment, 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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