《片上光網路的溫度敏感性分析和功耗最佳化》是依託上海交通大學，由葉瑤瑤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：片上光網路的溫度敏感性分析和功耗最佳化
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：葉瑤瑤
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來片上多核處理器成為嵌入式系統和高性能計算領域的重要平台。基於矽光互連的片上光網路被提出在未來的片上多核處理器中替代電互連，克服在功耗和頻寬上的局限性。然而由於熱光效應，片上光網路中波長選擇性器件和雷射器的波長對溫度敏感。考慮到晶片上存在溫度梯度，這些溫度敏感性將導致額外的功耗。本課題將重點研究以下問題解決這一挑戰：（1）如何對片上光網路的溫度敏感性進行系統級建模和分析；（2）如何通過低溫度敏感性設計方法和功耗最佳化技術解決溫度敏感性難題；（3）如何評估晶片上溫度梯度對片上光網路功耗和性能的影響？本課題將提出一個參數化的片上光網路熱效應分析平台；並以此為基礎，提出高性能三維片上光網路的低溫度敏感性設計和功耗最佳化技術，包括低溫度敏感性光開關、低功耗路由算法和動態功耗控制；最後開發一套仿真平台評估新架構在晶片上溫度梯度影響下的功耗和網路性能。本課題為解決片上光網路的溫度敏感性問題有重要的研究意義。
結題摘要
近年來片上多核處理器成為嵌入式系統和高性能計算領域的重要平台。基於矽光互連的片上光網路被提出在未來的片上多核處理器中替代電互連，克服在功耗和頻寬上的局限性。然而由於熱光效應，片上光網路中波長選擇性器件和雷射器的波長對溫度敏感。考慮到晶片上存在溫度梯度，這些溫度敏感性將導致額外的功耗。本課題的主要研究內容包括：（1）對片上光網路中的光損耗建立了從器件級到路由器級以及網路級的溫度敏感性模型，開發了一個參數化、通用化的片上光網路系統級熱效應分析平台，可用於分析和比較在使用不同的微調策略時片上光網路功耗對溫度的敏感性關係。（2）提出了基於強化學習的溫度敏感自適應路由方法用於功耗最佳化路徑選擇，其基本思路是根據我們提出的系統級熱效應模型計算路徑在當前的溫度分布下的損耗，利用Q學習算法實現對網路狀態的學習，最終實現對功耗的最佳化。由於傳統的Q學習模型的實現需要在每個路由節點內保存Q表，且Q表的大小隨著網路規模的增大而迅速增大，使得其面臨開銷和可擴展性上的局限性。為了減小開銷並提高可擴展性，我們進一步提出了一種基於值函式近似的近似Q路由用於片上光網路中的功耗最佳化路徑選擇，其可以近似實現Q學習模型的最佳化作用，而不需要在每個路由節點內保存Q表。（3）開發了完整的綜合仿真平台用於評估晶片上溫度梯度對片上光網路功耗和性能的影響，具備片上光網路熱效應分析功能、網路性能仿真功能和功耗仿真功能。在網路仿真的過程中，溫度仿真模組會動態地更新網路結構中各結點的溫度。仿真器的路由模組支持確定性路由算法和適應性路由算法，包括我們提出的基於學習方法的路由算法。為了合理地評估我們提出的路由最佳化方法，我們使用了一系列具有代表性的合成負載模式，和一系列基於實際套用的負載模式。仿真結果表明我們提出的一系列最佳化技術可以有效地最佳化片上光網路的功耗。
