片上光网络架构与控制研究

发布时间：2025-06-19 22:50

　　随着信息技术和半导体技术的飞速发展,集成在多核处理器上的IP核(知识产权核)数量显著增长,整体通信的数据量越来越大,对通信链路的带宽和时延性能提出了更高的要求。传统的基于总线型的片上系统在通信量不断上升的情况下,信号时延和功耗急剧增大,多个IP核对通信资源的竞争频繁,使其无法满足多核处理系统日益增长的通信需求。近年来在硅基纳米光子学技术上的突破使得在片上系统中部署光通信成为可能。光链接具有高带宽、低时延、低功耗等特点,一旦光路建好后,数据的端到端的传输不再需要消耗能量。这使得片上光网络(Optical Network on Chip,ONoC)得到了许多研究的关注。未来多核系统的性能提升很大程度上取决于互联网络的性能,本文主要研究片上光网络架构,包括拓扑设计,路由与资源协议,冲突控制等。论文主要创新点总结如下:(1)基于嵌套环的多片片上光网络拓扑设计随着片上系统中集成的IP核数进一步上升,片上系统的可扩展性将受到单个芯片制良率和功耗密度的限制。而多片片上光网络可以缓解这些问题。本文基于多片架构提出了一种新颖的基于嵌套环的多片片上光网络结构NRO。该架构包括片间和片内网络,针对片内网络本文...

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 片上光网络的出现
        1.1.2 有源片上光网络的研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 光互联结构介绍
    1.4 论文的主要研究内容
    1.5 论文结构
    参考文献
第二章 片上光互连器件及仿真技术进展
    2.1 硅基光子器件
        2.1.1 光源
        2.1.2 波导
        2.1.3 耦合器
        2.1.4 基于微环谐振器的硅基光子器件
    2.2 3D集成技术
    2.3 片上光网络仿真器介绍
        2.3.1 OMNeT++仿真平台
        2.3.2 PhoenixSim仿真器
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 基于嵌套环的多片片上光网络拓扑设计
    3.1 相关研究
        3.1.1 无阻塞光路由器结构
    3.2 基于嵌套环的多片片上光网络
        3.2.1 NRO拓扑介绍
        3.2.2 传输距离与光资源对比
        3.2.3 NRO拓扑设计原则
    3.3 NRO中的光路由器结构
    3.4 1000核片上光网络的拓扑优化
        3.4.1 策略性的增加光链路
        3.4.2 为1000核网络确定拓扑参数
    3.5 仿真与结果分析
        3.5.1 仿真平台的搭建与参数设置
        3.5.2 吞吐量
        3.5.3 端到端时延
        3.5.4 功耗效率
    3.6 本章总结
    参考文献
第四章 片上光网络中的控制策略
    4.1 相关研究
        4.1.1 电控片上光网络控制机制
        4.1.2 光控片上光网络中控制机制
    4.2 NRO的路由算法与控制
    4.3 LSNRO中的综合控制策略
        4.3.1 资源分配方案
        4.3.2 资源规划方案
    4.4 冲突管理方案
    4.5 仿真与结果分析
        4.5.1 报文冲突性能
        4.5.2 时延性能
        4.5.3 吞吐量
    4.6 本章总结
    参考文献
第五章 通信模式自适应的可重构片上光网络结构与控制机制
    5.1 相关研究
        5.1.1 Firefly拓扑和通信机制
        5.1.2 Torus中5端口光路由器
    5.2 TFONoC结构介绍
        5.2.1 Torus子网络结构与控制
        5.2.2 Firefly子网络结构与控制
    5.3 重构的实现
    5.4 重构控制与算法
    5.5 仿真与结果分析
        5.5.1 时延性能分析
        5.5.2 吞吐量性能分析
    5.6 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 研究工作展望
致谢
攻读博士期间发表的学术论文



本文编号：4051039