片上光互连系统结构设计与仿真

论文摘要

未来的片上系统将会集成大量的IP核,传统的基于总线的体系结构难于扩展,同时消耗高并占用大量的芯片面积,已不能适合现代芯片设计的需要。片上网络体系结构作为一种可扩展的通信平台可以克服上述问题,然而,随着片上系统集成规模的继续扩大,有限的带宽,较长的时延和较高的能耗成为片上电互连网络的瓶颈。硅基光技术的光片上网络能够提供更高的带宽,同时消耗较少的能量,成为克服片上电互连网络瓶颈的有效方案,本论文先对现有的片上光互连网络Mesh和胖树进行了性能分析,然后基于传统Mesh和胖树的优势提出了一种新的光片上网络结构FoM,设计了该拓扑的地址命名机制、扩展方式及拓扑布局。结合该结构的特点设计了一种新的路由算法,并从时延与吞吐、面积以及能耗方面与现有的著名的网络拓扑BFT、FT和Mesh进行仿真比较,结果表明,FoM结构在网络性能以及成本开销等方面有一定的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 片上光互连技术的研究现状
• 1.3 论文研究内容及章节安排
• 第二章 片上光互连技术基础
• 2.1 片上光互连通信系统以及光器件
• 2.1.1 激光驱动器和激光器
• 2.1.2 光波导
• 2.1.3 光检测器和放大器
• 2.2 NOC 拓扑结构
• 2.2.1 规则拓扑
• 2.2.2 非规则拓扑
• 2.2.3 拓扑性质
• 2.3 路由算法
• 2.3.1 路由算法的分类
• 2.3.2 路由算法设计指标
• 2.4 交换机制
• 2.4.1 电路交换
• 2.4.2 存储转发交换
• 2.4.3 虚切通交换
• 2.4.4 虫孔交换
• 2.5 路由器体系结构
• 2.5.1 路由器基本结构
• 2.5.2 路由器流水线
• 第三章 片上光互连网络性能分析
• 3.1 几种著名的拓扑结构
• 3.1.1 MESH
• 3.1.2 胖树
• 3.1.3 路由算法
• 3.2 光电混合体系结构
• 3.2.1 光Crossbar 的设计
• 3.2.2 光电混合路由器的设计
• 3.2.3 光电混合网络体系结构实例
• 3.2.4 光电混合网络交换机制
• 3.3 性能评估指标
• 3.4 仿真
• 3.5 性能分析
• 3.5.1 时延与吞吐
• 3.5.2 面积
• 3.5.3 能耗
• 第四章 一种新的片上光互连系统结构
• 4.1 拓扑设计
• 4.2 体系结构设计
• 4.3 路由算法设计
• 4.4 仿真设计
• 4.5 性能分析
• 4.5.1 时延与吞吐
• 4.5.2 面积
• 4.5.3 能耗
• 第五章 结束语与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 参加科研情况与研究成果