多核系统的光互连技术研究

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1、多核系统的光互连技术研究通信工程专业李慧指导教师顾华玺[摘要]随着集成电路技术的发展，单个芯片上核的数目不断增加，多核将成为芯片体系架构的未來发展趋势，核间的互连成为芯片设计的一个关键问题。现有的芯片设计中多采用电互连方式，然而传统的片上电互连在带宽、时延、能耗和可靠性等方面都面临挑战，光互连可以很好的解决这些问题。在本文中，我们捉出了一种使用光分组交换技术月.基于分层簇结构的光网络——HCONoC,木文设计了该网络的拓扑，布局及路由器结构，提出了一-种合适的节点编址方式，并在此基础上，针对该网络设计了

2、有效的路由算法，最后，通过OPNET对所提网络结构的时延和吞吐进行了仿真。[关键词]多核光互连光片上网络[Abstract]Thedevelopmentofintegratedtechnologyenablesmoreandmorecorestobeincorporatedintoasinglechip.Multi-corearchitectureswillbethemaintrenddrivingtheevolutionofthechipdesign.Interconnectsplayasignifi

3、cantroleinchipdesign.Nowadays,thegeneralNoC(Network-on-Chip)architecturesuseelectricalinterconnects.However,thetraditionalon-chipelectricalinterconnectsfacebigchallengesinbandwidth,latency,powerconsumptionandsealability.Opticalinterconnectscanbeasolution

4、,increasingcommunicationbandwidthanddecreasinglatency.Thispaperproposesahierarchicalcluster-basedopticalNoCusingopticalpackerswitchingmechanism,whichiscalledHCONoC.Inthispaper,wedesignthetopology,networklayoutandrouterarchitectures,andthenpresentapropern

5、odeaddressingmethod.Onthisbasis,wealsoproposetheefficientroutingalgorithmforthenetwork.Finally,wedothesimulationfordelayandthroughputwithOPNET.[KeyWords]multi-coreopticalInterconnectsopticalNetwork-on-Chip—、引言随着半导体工艺的不断发展，集成电路的工艺技术步入了纳米阶段。电子元器件尺寸的减小，使得在单

6、一芯片上集成上亿个晶体管即将成为现实。但是，现有晶体管技术使继续提高单个处理器核的性能受到了限制，而且当一个单核芯片运行多个程序吋，可能会引起冲突、错误或降低速度。因此，如果按单核的思路继续发展，芯片设计将而临互连延迟、存储带宽、功耗极限等性能提升的瓶颈问题。基于以上原因，提出了一种新型的芯片体系架构，即单芯片多处理器核。该架构用多个低频率核产生超过高频率单核的处理效能，以适应性能提升、功耗减小的通信需求。在不久的将来，片上处理器核的数1=1将会急速地增长，可能会发展到在一个芯片上放置上市个其至是上T•

7、个核。在多核技术发展过程中，首先提出的一种片上互连方式是传统总线方式，对应的互连网络称为SoC(SystemonChip)o它是多核技术的扩展，通过多总线及层次化总线等技术使得片上集成更多的处理器核，从而实现高复杂度和高性能。但是，随着SoC中所包含的1P核数目增至成冇上千的时候，现有的以总线结构为通信基础的SoC技术血临着在性能、功耗、延时和可靠性等方而的巨大挑战为了解决SoC设计中的瓶颈问题，借鉴计算机网络领域的相关概念提出了一种新的互连网络—NoC（NetworkonChip）⑵，主要是用计算机的

8、网络思想解决芯片设计中遇到的通信难题。NoC采用基于分组交换的方法和分层方法來替代原來的传统总线，实现了处理单元（IP核）与通信结构（网络）的分离。随着芯片技术的进一步发展，传统的片上电连接在数据传输速度和能耗方回逐渐表现出局限性，所以，提出了光连接，与传统电连接相比,它具有高带宽密度、低传输时延、低能耗和干扰小等优势，可以解决电连接所面临的通信问题。用光连接代替电连接的NoC网络就称为光NoC。山于最近儿年光器件的很好的发展，光网络的研究