低功耗光片上網路的設計與研究

《低功耗光片上網路的設計與研究》是依託西安電子科技大學，由顧華璽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低功耗光片上網路的設計與研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：顧華璽
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

片上網路從體系結構上解決了現有匯流排結構晶片設計所面臨的可擴展性能等諸多問題，是下一代高性能晶片設計的發展方向。但是隨著晶片工藝的進一步提高以及套用頻寬的不斷增加,傳統的電片上網路面臨時延長、電磁互擾嚴重、串擾大、損耗大、電子頻寬瓶頸和功耗限制等諸多問題,而光片上網路是解決這一問題的有效途徑。本課題在跟蹤片上光器件的最新研究發展動態的基礎上，通過對拓撲結構、路由器結構、路由算法及交換機制等關鍵技術的研究，構建基於簇的新型無阻塞拓撲結構，設計具有流量均衡和防死鎖功能的嚴格無阻塞片上光路由器，引入損耗為最佳化目標兼顧時延和功耗設計新的自適應路由算法，改進現有交換機制並綜合其優勢設計混合交換機制。最後，搭建仿真平台，從吞吐、時延、功耗、損耗、面積等方面對所提方案進行分析，與現有結構進行對比後進一步最佳化完善設計方案。

結題摘要

隨著半導體和電路集成技術的飛速發展，單個晶片上可集成的處理器核數目越來越多。由於電互連存在高能耗、高時延、串擾嚴重等固有缺陷，因此基於電互連的片上網路很難滿足核間的高速通信需求。光互連具有低時延、高頻寬以及低能耗的傳輸特性，可以有效解決當前片上網路面臨的諸多瓶頸，隨著矽光子技術的發展，光互連成為片上通信的高效方式，吸引越來越多研究人員的關注。本項目重點研究了拓撲結構、光路由器、路由算法及交換機制等關鍵技術。 針對基於光電路交換的光片上網路存在阻塞嚴重以及光路由器結構複雜等問題，提出一種基於拉丁方陣的波長分配方式，降低網路阻塞，簡化光路由器和光網路結構，並設計出相應的WANoC（Wavelength Assignment NoC）網路。仿真結果表明WANoC可以大幅提高時延、能耗等性能。針對WANoC存在建鏈開銷大、網路占用資源多的問題，我們重新設計了電控制網路和光傳輸網路的互連結構，從而提出了CWNoC（Optical Network-on-Chip Using Central-controlled Subnet and Wavelength Assignment）結構，整個電控制網路劃分為子網，採用分級互連的方式使整個網路的資源控制集中化，在光傳輸網路中通過使用寬頻微環諧振器簡化整個光網路的結構。除此以外，我們還設計嚴格無阻塞片上光路由器，提出了一種降低網路串擾的路由算法，以提升網路的可靠傳輸能力。改進現有交換機制並綜合其優勢設計混合交換機制。我們還對雷射源功率分配問題，以及可靠性問題進行了研究。為解決雷射源功率分配問題，我們提出了基於TDM的光功率分配方法，建立數學模型，並採用遺傳算法對模型進行求解。為解決可靠性問題，我們建立了光片上網路的熱傳輸模型，進而定量地分析熱效應對可靠性的影響。