光片上网络的可靠性分析

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1、摘要随着集成电路的可集成的密度越来越大，使用电连接的片上网络（NetworkonChip,NoC）在带宽、同步、可重用性、可扩展性等方面出现了瓶颈。片上光互连由于高带宽、低时延、低能耗等优势，成为了一种很有前景的互连方式，因此，光片上网络（OpticalNetworkonChip,ONoC）的研究也成为了一大热点。微环谐振器是构成光片上网络的主要光器件，由于光器件制作工艺的限制性以及热光效应的存在，微环谐振器在工作中会遇到制程漂移和热漂移，从而降低光片上网络的可靠性。可靠性的研究对于光片上网络的性能非常重要。本文针对光片上网络中的可靠性问题进行研究，重点研究了热效应

2、对于光片上网络中可靠性的影响。首先，本文结合一定的芯片结构分析光片上网络中的热传导模型，在此基础上，对光片上网络中的温度特性进行了建模，其中涉及热阻电路分析、热阻计算等。由于微环谐振器温度的漂移会导致其谐振波长发生漂移，从而引起在光路径中等效带通滤波器的光带宽不匹配，进而导致目的端接收到的光功率减小，影响网络数据通信的可靠性性能。本文基于对温度特性的研究，对于热效应引入的可靠性问题进行了建模分析与程序仿真，结果表明，芯片功耗、微环谐振器3dB带宽、微环谐振器的温度依赖系数等因素都会对该可靠性问题产生影响。根据对热效应导致的可靠性问题的研究，本文针对6×6mesh结构

3、的光片上网络进行了具体分析，设计了改进的光路由器和交换机制，以降低由于热效应引入的网络可靠性下降。通过OPNET仿真软件对所提出的方案设计在时延、吞吐、信噪比等方面进行了性能仿真，结果表明，所提出的方案在引入适当的冗余资源后，明显地提高了网络的可靠性性能。关键词：光片上网络芯片热效应温度特性可靠性OPNET仿真ABSTRACTAsthedensityofthechipintegrationincreasesbiggerandbigger,theelectricalinterconnect,whichisthetraditionalconnectmethod,hasm

4、etwithbottlenecksintermsofbandwidth,timesynchronization,reusability,scalability,etc.Becauseopticalinterconnecthashighbandwidth,lowlatency,lowenergyconsumptionandotheradvantages,ithasbecomeapromisinginterconnectmethod.Therefore,OpticalNetworkonChip(ONoC)tendstobeahotresearchtopic.Themic

5、roringresonatorisacoreelementinONoC.Duetotheprocesslimitationandthermo-opticeffectofthemicroringresonator,therecanbeprocessvariationandthermalvariationintheworkofmicroringresonators,whichinducesthereductionofreliabilityinONoC.Thus,thestudyofthereliabilityisveryimportantforONoC.Thisthes

6、isstudiesthereliabilityproblemofONoC,withthefocusontheinfluenceofthermaleffectonthereliabilityinONoC.Tobeginwith,theheatspreadingmodelisanalyzedbasedonacertainchiparchitecture.Afterthat,thetemperatureprofileinONoCismodeled,involvingtheanalysisoftheequivalentthermalresistancecircuit,the

7、calculationofthermalresistance,andsoon.Then,thetemperaturedriftcanbeobtainedanditcaninducetheresonantwavelengthdriftofmicroringresonators,whichresultsinthebandmismatchoftheequivalentpassbandfiltersalongtheopticalpath.Thus,theopticalpowerofsignalatthereceivercanbereducedandthereliabil