片上光网络:一种新型片上互连网络

随着单个芯片上集成的处理器的个数越来越多,传统的电互连网络已经无法满足对互连网络性能的需求,需要一种新的互连方式,因此光互连网络技术应运而生。目前,电互连的片上网络在功耗、性能、带宽、延迟等方面遇到了瓶颈,而光互连作为一种新的互连方式引用到片上网络具有低损耗、高吞吐率、低延迟等无可比拟的优势。本文主要探讨了片上光网络的研究趋势和发展方向,并对目前主要对基于总线结构和Torus结构的片上光网络进行了分析和比较,主要集中在拓扑结构、路由算法以及流控机制等方面。本文最后对片上光网络与3D技术结合以及全光片上互连网络的未来发展前景进行了探讨。

用于片上光网络的光学路由器研究

基于SOI平台的硅基集成光学器件具有高带宽、低功耗、低延迟等优点,为实现片上光互连网络提供了一种可行的技术方案。光学路由器是片上光互连网络中负责节点数据交换的重要器件。介绍了国内外光学路由器的最新研究进展,并着重介绍了利用微环谐振器和马赫-曾德尔光开关构建N端口无阻塞光学路由器的一般性原理,进行了统计分析和仿真结果显示,应用一般性原理构建的光学路由器与之前已报道过的同规模光学路由器相比在开关个数、插入损耗、平均功耗等方面的性能均有所提升。

基于波长和模式混合复用的片上光交换网络架构

为有效地提高片上光交换网络的交换容量及规模,提出了一种基于波长和模式混合复用的无阻塞片上光交换网络架构。首先设计了基于微环谐振器的波长和模式混合复用的2×2光开关,并采用Benes拓扑互连成大规模无阻塞的交换网络。此外,通过设计波长和模式选择及复用模块,使所有节点间能够并行传输数据,并支持多播通信。为了验证所提观点,利用Ansys Lumerical仿真平台模拟了一个支持2种模式和4种波长混合复用的16×16光交换网络。仿真验证了所提交换网络能够实现所有节点间多维复用信号的并行数据交换,且16×16网络的最大插入损耗小于2.1 dB,模间串扰小于-18.4 dB,网络最大和最小插入损耗差值小于0.5 dB,证明该交换网络具有良好的公平性。最后将所提结构与传统的基于单波长单模式以及多波长单模式的光交换网络进行对比,证明了所提结构可以在不增加波长成本的情况下提升交换网络的容量及节点的规模。

硅基光互连网络的研究

分析了硅基光互连技术的特点与其优势,归纳了几种用于硅基光互连的主要器件和相关性能参数。对硅基光互连网络的网络结构和交换机制进行研究分析后,指出了目前技术的主要问题,并提出了未来硅基光互连的研究应集中在光源集成、减小噪声串扰和优化网络结构等方面。

雷达光互连技术研究

主要探讨了雷达光互连技术的发展及其应用。介绍了光互连技术的发展历程以及在雷达系统中的演变历程,并按照雷达系统的层次,详细介绍了光互连技术在雷达各层次上的应用及目前国内外相关的光互连技术的最新成果。最后重点分析和研究了雷达系统各层次光互连技术的关键技术。

片内光通信技术综述

在纳米工艺水平下,传统的铜线互连已经很难满足集成电路芯片在延迟、带宽、功耗等方面的要求,片内通信问题已经成为集成电路设计的瓶径。文中根据片内光器件集成技术的最新进展,介绍了采用片内光互连代替电互连的最新技术及其性能方面的优势。文中重点总结了片内光互连的三种典型应用。首先,介绍了片内光时钟分布网络;其次,从应用的角度分析了光电总线结构相对于单纯电总线在性能上的提升;最后,介绍了一种新的片上光网络,它集成了片内电的包交换控制网络和宽带电路交换光网络。仿真和实验结果表明,光互连能够为高集成度纳米级芯片提供高带宽、低延迟、小功耗的片内通信服务。