本文關(guān)鍵詞：基于串?dāng)_特性的Torus網(wǎng)絡(luò)的性能分析與優(yōu)化　出處：《西南大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著CMOS集成工藝進(jìn)入到超深亞微米以及納米時(shí)代,芯片的特征尺寸越來越小,在單個(gè)芯片上要求實(shí)現(xiàn)愈來愈復(fù)雜的功能,而傳統(tǒng)的架構(gòu)方式及互連技術(shù)由于其在帶寬、延遲、功耗等方面的瓶頸問題已經(jīng)無法滿足片上系統(tǒng)的需要。片上網(wǎng)絡(luò)是為了解決片上系統(tǒng)多個(gè)處理器核之間的互連難題和片上通信問題而提出的一種新方案,目前,片上網(wǎng)絡(luò)最常用的設(shè)計(jì)方案是采用光電混合互連結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)采用光網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸,電控制層實(shí)現(xiàn)對光網(wǎng)絡(luò)層的控制�，F(xiàn)在大部分的研究團(tuán)隊(duì)對片上光網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在光器件、路由器以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化,在性能評價(jià)方面主要關(guān)注能耗、吞吐量、時(shí)延等指標(biāo)的分析。光互連網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)就是由各種硅基波導(dǎo)器件組合而成的網(wǎng)絡(luò),然而,串?dāng)_是硅基器件所固有的屬性,片上光網(wǎng)絡(luò)中累積的串?dāng)_量是制約其性能提高的瓶頸問題,因此將串?dāng)_問題作為本文研究的核心技術(shù)問題。在此之前,基于串?dāng)_問題的分析主要集中在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的光網(wǎng)絡(luò)中,考慮到改變基本光學(xué)器件十字狀交叉波導(dǎo)的交叉角度會引入不同量的串?dāng)_噪聲和插入損耗,因此本文選擇最優(yōu)的十字狀波導(dǎo)交叉代替光路由器以及光網(wǎng)絡(luò)中固定的垂直交叉波導(dǎo)結(jié)構(gòu),并且發(fā)現(xiàn)其能夠較好地改善串?dāng)_問題,實(shí)現(xiàn)性能提升,這為擴(kuò)大芯片上光互連網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模奠定了理論基礎(chǔ)。本文主要以Torus為例建立基于串?dāng)_特性分析的片上光網(wǎng)絡(luò)信號傳輸情況的理論分析模型和仿真模型,為下一步設(shè)計(jì)具有更優(yōu)性能的光路由器和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了指導(dǎo)。首先本文介紹了光網(wǎng)絡(luò)中所采用的硅基波導(dǎo)器件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,由直波導(dǎo)和閉環(huán)波導(dǎo)設(shè)計(jì)而成的微環(huán)諧振器是實(shí)現(xiàn)光開關(guān)功能的核心器件,接著給出了交叉波導(dǎo)、平行開關(guān)和交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)的損耗和串?dāng)_模型,其中交叉結(jié)構(gòu)不再局限于傳統(tǒng)的垂直交叉結(jié)構(gòu)。接下來介紹了Torus網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其采用的五端口路由器結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn),考慮到優(yōu)化的交叉角度能夠?qū)崿F(xiàn)更低串?dāng)_的引入,因此將該優(yōu)化方法擴(kuò)展至路由層與網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上總結(jié)出低串?dāng)_和低損耗的芯片上光路由器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,并且給出了路由層和網(wǎng)絡(luò)層的理論分析模型。最后數(shù)值仿真和模擬仿真的分析結(jié)果表明,光網(wǎng)絡(luò)中采用的路由器結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能減少微環(huán)諧振器和交叉結(jié)構(gòu)的數(shù)量,在此基礎(chǔ)上,通過進(jìn)一步應(yīng)用角度優(yōu)化方法有效地降低串?dāng)_噪聲、提高信噪比、降低誤碼率,從而保證系統(tǒng)的通信質(zhì)量以及實(shí)現(xiàn)性能的提升。比如,考慮Torus光網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模為6×6,輸入光功率為0dBm時(shí),使用優(yōu)化結(jié)構(gòu)的光網(wǎng)絡(luò)的信噪比達(dá)到23.87dB,相對應(yīng)用傳統(tǒng)的Crux或者Crossbar路由器于光網(wǎng)絡(luò)中而言,其信噪比分別提升了2.21dB以及9.27dB�；诠馄骷�、路由器和網(wǎng)絡(luò)層的基本特性以及仿真結(jié)果,本文構(gòu)建了一個(gè)片上光網(wǎng)絡(luò)的信號分析平臺來全方位地研究芯片上光交換系統(tǒng)的相關(guān)理論機(jī)理和技術(shù)方案。
[Abstract]:This paper mainly focuses on the design and optimization of optical network . The basic characteristics and simulation results of routers and network layers are presented . A signal analysis platform of an on - chip optical network is constructed in this paper to study the relevant theoretical mechanism and technical scheme of the on - chip optical switching system .

【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN47;TN929.1

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本文編號：1439224