《光片上網路關鍵問題的研究》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：光片上網路關鍵問題的研究
- 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,結題摘要,
中文摘要
高性能計算正從千萬億次運算邁入百億億次運算的時代，單一晶片上將集成成百上千的IP核，而對於這種大規模核間互連的需求，當前電片上網路存在頻寬、時延、功耗等瓶頸，因此在未來高性能晶片設計中，人們更趨向於用光片上網路來解決這些技術瓶頸。當前光片上網路的研究主要集中在中小規模的網路的二維結構設計上，以提高吞吐，降低時延和功耗為設計目標。當網路規模擴大時，將加劇現有設計方案阻塞機率大、可靠性低、可擴展性差等問題。本項目擬採用三維拓撲結構設計，通過時分復用、波分復用、空分復用相結合的方法，實現混合高效復用技術，在降低阻塞、提供高頻寬的同時，充分利用片上資源，有效降低成本，設計實現具有多播功能的光片上網路結構，從而支持多種通信模式，設計多目標路由算法，從阻塞、容錯、損耗和串擾出發，確保路由的高效性和容錯性，提高信號的信噪比，從結構設計出發，改善光片上網路的可靠性。最終實現面向千核的光片上網路架構。
結題摘要
光片上網路（ONoC）是解決電片上網路所面臨瓶頸問題的一種有前景的技術，設計面向大規模眾核晶片的光片上網路、解決可靠性及結構布局等問題，對滿足高性能計算的需求具有重要意義。隨著光片上網路規模的擴展，3D結構布局、多播路由、可靠性問題等關鍵技術的研究將直接影響ONoC的性能。本項目重點研究了三維拓撲、多播路由器結構、多目標路由算法、高效復用技術和面向千核的光片上網路架構等關鍵內容。 針對二維ONoC存在傳輸距離較長、可擴展性受限等問題，我們提出了一種三維的多層光片上網路——3D MONoC，並設計了一個支持三維互連的無阻塞光路由器Votex，可在提高ONoC整體性能的同時實現更小面積、更低成本；仿真結果表明，相比於同等條件的二維ONoC，基於Votex的3D MONoC具有更好的端到端時延和吞吐性能。由於MONoC存在較多的波導交叉，導致了功耗與串擾的增加，針對該問題，我們提出了螺旋Torus拓撲結構——STorus，通過將波導分層布局，有效地減少了STorus的交叉數量，降低了光損耗。通過子網連線的STorus在網路直徑上僅為基於Torus網路的一半，並且幾乎只有基於Mesh網路的四分之一。為滿足光片上網路的多播需求，我們設計了片上多播光路由器——Panzer，並提出了一種通用路由器設計方法，可以直接給出支持無阻塞多播路由器的設計參數。針對片上網路多播路由算法存在路由路徑長、時延大以及不支持自適應路由等問題，我們提出了基於網路劃分的自適應多播路由算法，在實現自適應路由的同時降低端到端時延。我們還提出了基於局部擁塞感知的低損耗片上網路路由算法、基於奇偶轉向模型的流量均衡和熱故障容錯路由算法等，實現光片上網路中流量與熱量的均衡，提高網路可靠性，降低傳輸時延。通過充分利用光片上網路中的波長復用技術，我們提出了基於分組交換的光片上網路架構——RPNoC和一種無阻塞的波長路由ONoC，以便解決傳統網路中傳輸頻寬受限、時延過高以及網路競爭嚴重等問題。為平衡網路性能及能耗並且實現千核規模的擴展，我們提出了一種基於簇的新型結構——Csquare。此外，我們對光片上網路中的通信機制、架構設計方法以及網路功率分配問題進行了研究；所提出的基於熱感知的光片上網路功率分配方案，可以有效改善片上熱效應引起的可靠性問題。上述成果為實現未來大容量、高能效的眾核處理器提供了有力的理論基礎與技術支撐。
