李生辉论文

本科毕业论文（设计）题目支持芯片上光互连网络的多端口光路由器特性研究学院电子信息工程学院专业通信工程年级2012级学号222012315220015姓名李生辉指导教师解宜原成绩_____________________2016年4月10日目录摘要.............................................................................................................................................3Abstract.......................................................................................................................................3第1章导论.............................................................................................................................41.1研究背景.....................................................................................................................41.2研究现状.....................................................................................................................41.3未来发展与研究意义.................................................................................................5第2章光开关...........................................................................................................................72.1微环谐振器...................................................................................................................72.2马赫—曾德尔光开关..................................................................................................92.3光开关性能分析与对比...............................................................................................9第3章多端口光路由器.........................................................................................................113.1四端口光路由器.........................................................................................................123.2五端口光路由器........................................................................................................143.3多端口光路由器........................................................................................................17第4章多端口光路由器分析.................................................................................................224.1性能分析....................................................................................................................224.2光路由器的优化........................................................................................................23第5章结论...........................................................................................................................25参考文献:.................................................................................................................................26支持芯片上光互连网络的多端口光路由器特性研究李生辉西南大学电子信息工程学院，重庆400715摘要：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。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。而芯片上光互连网络(ONoC,OpticalNetwork-on-Chip)是一种理想的、有望解决电互连所面临问题的芯片上多处理器间互连方式。芯片上光互连网络（ONoC）具有更高的带宽，更低的功耗和更小的延时等优点。本文介绍了国内外光学路由器的最新研究进展，着重介绍了多端口光学路由器的一般性原理，以及多端口光路由器的特性。关键词：芯片上光互连网络；多端口;光路由器；ResearchontheFeaturesofMultiportOpticalRouterThatSupportofNetworks-on-ChipLISHENGHUISchoolofElectronicandInformationEngineering,SouthwestUniversity,Chongqing400715,PRChinaAbstract:Withthechipintegrationbythenumberofprocessorsmoreandmore,traditionalelectricalinterconnectionnetworkhavebeenunabletomeetthedemandoftheperformanceoftheinterconnectionnetwork.Weneedanewinterconnectionmethod,Sotheopticalinterconnectionnetworktechnologyisproduced.Asanewwayforinterconnectiontotheon-chipnetwork,opticalinterconnectionhaslowloss,highthroughputandlowdelay,etc.OpticalNetwork-on-Chip(ONoC)isaidealmethodandthereishopetosolvetheproblemoftheelectricalinterconnection,itisawaytoconnectionbetweenthechipmultiprocessors.OpticalNetwork-on-Chip(ONoC)haveahigherbandwidth,lowerpowerconsumptionandsmallerdelay,etc.Thispaperreviewsthelatestresearchprogressofopticalrouterallovertheworld,introducesthegeneralprincipleandthecharacteristicsofmultiportopticalrouter.Keywords:OpticalNetworks-on-Chip;Multipleports;opticalrouter第1章导论1.1研究背景当今集成技术飞速发展，单个芯片上集成的处理器核越来越多，晶体管数目将达到几百亿个，尺寸将缩小到50纳米以下，时钟频率将达到10GHz左右[1]。传统芯片上的电互连网络（ENoC）在功耗、性能、带宽、延迟等方面遇到了瓶颈，很难满足现代通信系统对互连网络的性能要求[2,3,4]。作为一种新的互连方式，片上光互连网络(ONoC,OpticalNetwork-on-Chip)与传统的芯片上电互连网络（ENoC）相比较，芯片上光互连网络（ONoC）拥有更高的带宽，更高得吞吐率，更低的功耗和更小的延时等许多的优点[5,6]。在有绝缘衬底的硅(SOI,Silicononinsulator)芯片上集成光器件来实现连接是目前芯片上光互连最有效的方法——将激光器、调制器、光路由器和光电探测器等组成芯片上光互连网络的基本器件再集成到同一块芯片上[7,8]。这样不但能实现处理器之间的互连，而且能使互补金属氧化物半导体(CMOS)层与光层之间的连接更加充分。特别是随着近几年基于硅基CMOS光器件技术和纳米光器件技术的进步与半导体行业的发展，更进一步促使光互连有望取代电互连而成为未来主流的片上处理器间的互连方式[9]。1.2研究现状随着CMOS集成工艺进入到纳米时代，基于56共享总线结构已经无法满足片上系统SoC(Sys—tem—on—Chip，简称SoC)系统的需要，因此有人提出用片上网络(Network—on—Chip，简称NoC)解决网络间的通信问题。其目的是将计算机网络技术移植到芯片设计中来，从体系结构上彻底解决总线架构带来的问题。目前随着电路集成度和工作频率的提高，芯片上互连线的寄生效应如寄生电容、延迟时间、信号串扰等问题变得十分显著。在功耗受限情况下，芯片的性能功耗比将会变得特别尖锐。当集成电路工作频率迅速提高至几GHz甚至更高时，常规电互连将无法高效地传输信号。因此，需要一种新的互连方式。光互连作为一种潜在的互连方法，具有许多电介质不可比拟的优点。光波在高速传递和处理时具有传输带宽高、信号问延迟低、光损耗低、抗干扰等优点。基于这种优势，提出了片上光网络(OpticalNetwork—on—Chip，简称ONoC)。在传统的片上网络NoC中，报文传输、存储和交换所产生的功耗是随着数据传输速率的增加而成平方增长的。而在片上光网络中，当光链路建立后，报文传输不再需要存储、中继等，其功耗非常低。同时，在片上光网络ONoC中有一个很好的性质一位速率透明性(BitRateTransparency)，即互连网络中的光开关的功耗和交换速率与所交换的数据报文的位速率是无关的。这是因为，光开关只有在进行状态切换的时候才会产生功耗，而一个报文在正常传输的时候，在光开关上基本没有功耗产生，光信号只是从光开关上经过。而光开关状态的切换是在相邻报文阃进行，因此在以