【摘要】：隨著人們生活需求的不斷豐富化和生活品質(zhì)的不斷提升,傳統(tǒng)的單核總線式的結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿足人們對(duì)更優(yōu)的處理性能和更穩(wěn)定的處理能力的需求。商業(yè)以顧客為主,產(chǎn)品以需求至上,人們的需求變化倒逼著芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展。伴隨著多核系統(tǒng)中片上集成度的不斷增加,片上網(wǎng)絡(luò)(Network on Chip,NoC)慢慢地進(jìn)入了人們的視線,它以片上網(wǎng)絡(luò)互連的通信方式突破了傳統(tǒng)高頻率單核的通信方式在延遲、帶寬和功耗等方面的瓶頸,顯著提升了處理器的性能。但是,隨著集成度的進(jìn)一步增加,傳統(tǒng)的片上網(wǎng)絡(luò)由于其金屬互連的方式所固有存在的寄生效應(yīng)使得它數(shù)據(jù)傳輸、功耗、同步和可重用性方面出現(xiàn)了功能性的混亂,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)率拐麄�(gè)電路癱瘓。因此,以光互連為基礎(chǔ)的光片上網(wǎng)絡(luò)(Optical Network on Chip,ONoC)在此時(shí)應(yīng)運(yùn)而生。光互連片上網(wǎng)絡(luò)以其高通信帶寬、低延遲、低功耗和低占地面積等特點(diǎn)成為了最有希望替代傳統(tǒng)電互連片上網(wǎng)絡(luò)的片上通信模式中的一員。然而,光片上網(wǎng)絡(luò)的提出是得益于硅光子技術(shù)和片上光器件的突破性發(fā)展,作為光器件,熱敏性是片上光器件的固有屬性之一,其的性能受溫度的影響會(huì)出現(xiàn)一定的起伏,進(jìn)而影響光片上網(wǎng)絡(luò)的性能和應(yīng)用范圍。因此,在光片上網(wǎng)絡(luò)的研究中,溫度對(duì)其性能的影響是其研究過(guò)程中不可或缺的一環(huán)。微環(huán)諧振器是光片上網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)片上光器件的基本組成元素之一。在光片上網(wǎng)絡(luò)的通信過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)都有著微環(huán)諧振器的身影,在片上激光器中它可以輔助激光器選擇要發(fā)射的光源,在片上光路由器中它被用來(lái)去實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的轉(zhuǎn)向,在片上光調(diào)制器中它可以輔助調(diào)制器將光轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)光。同時(shí),它也是各個(gè)片上光器件的熱敏性的來(lái)源。微環(huán)諧振器由于制成材料的影響使得它天生就對(duì)溫度較為敏感,從而具有較為顯著的熱光效應(yīng)。它是研究光片上網(wǎng)絡(luò)的熱光效應(yīng)最重要的環(huán)節(jié)之一。因?yàn)閷?duì)于微環(huán)諧振器而言,它的基本工作就是實(shí)現(xiàn)固定波長(zhǎng)的光的選擇和重定向功能,這就需要促使其能正常工作的諧振波長(zhǎng)具有較強(qiáng)的不變性。然而,微環(huán)諧振器的諧振波長(zhǎng)在其環(huán)境溫度改變時(shí)會(huì)發(fā)生熱漂移現(xiàn)象,從而使得其原有的工作機(jī)制被打破,進(jìn)而影響片上光器件以及光片上網(wǎng)絡(luò)的性能。故而,欲增強(qiáng)光片上網(wǎng)絡(luò)的熱穩(wěn)定性,研究它的熱光效應(yīng)是達(dá)到這一目的的必經(jīng)之路,而微環(huán)諧振器的熱光效應(yīng)則是其中最為關(guān)鍵的一步。在文章中,微環(huán)諧振器的熱光效應(yīng)被系統(tǒng)地學(xué)習(xí)并分析了,并通過(guò)建立相應(yīng)的熱光效應(yīng)模型對(duì)溫度對(duì)其諧振波長(zhǎng)和光能量損耗的影響進(jìn)行了定量的描述。對(duì)于兩種不同的微環(huán)諧振器的不同屬性,相應(yīng)的公式關(guān)系模型被提出了。首先是關(guān)于兩種結(jié)構(gòu)均能適用的微環(huán)諧振器的諧振波長(zhǎng)和溫度之間關(guān)系模型,接著是針對(duì)平行直波導(dǎo)微環(huán)諧振器的光損耗和溫度之間的關(guān)系模型。對(duì)于交叉直波導(dǎo)微環(huán)諧振器而言,文章系統(tǒng)地提出了一個(gè)描述兩種微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)的光損耗之比與溫度之間的關(guān)系的變化模型,這在一定程度上彌補(bǔ)了對(duì)交叉直波導(dǎo)微環(huán)諧振器的光損耗隨溫度變化的研究的不足。文中的三種關(guān)系模型均被采用的是專業(yè)的光學(xué)仿真方法進(jìn)行了專業(yè)而又系統(tǒng)的驗(yàn)證。在光片上網(wǎng)絡(luò)的不同領(lǐng)域,它們可以被廣泛的應(yīng)用于精準(zhǔn)而有效的熱光效應(yīng)分析中。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN47
【圖文】：

1 緒 論1.1 背景隨著人們生活品質(zhì)和生活需求多樣化的不斷轉(zhuǎn)變升級(jí)，單一芯片上的單核系統(tǒng)的處理能力逐漸的不能滿足人們對(duì)于處理速度更快，處理能力更強(qiáng)，處理事務(wù)更復(fù)雜的需求。然而，得益于半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展完善，單一芯片上能集成的晶體管數(shù)量成倍增長(zhǎng)，芯片中處理器核的數(shù)量也越來(lái)越來(lái)多，芯片的發(fā)展逐步進(jìn)入了片上多核系統(tǒng)的時(shí)代。片上多核系統(tǒng)（System on chip，SoC）將多個(gè)處理器核通過(guò)總線相連，使得處理器核可以通過(guò)總線進(jìn)行通信和合作，從而提高了系統(tǒng)的處理能力和鏈路的利用率。但隨著處理器核的個(gè)數(shù)到了一定的數(shù)量級(jí)之后，總線互連的方式又使得芯片的可擴(kuò)展性不斷下降，帶寬難以提高，通信效率低下，時(shí)鐘同步難度加大[1][2]。鑒于此，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連和片上路由的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)處理器核之間的通信的片上網(wǎng)絡(luò)（Network on Chip，NoC）成為了徹底解決芯片可擴(kuò)展性和通信效率的最佳方式。

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒 論高的集成密度以及不斷增加的器件功率和能耗，由此而在芯片中產(chǎn)生了更多的熱量，加之，當(dāng)前技術(shù)背景下的物理設(shè)備的冷卻技術(shù)和散熱能力有限，導(dǎo)致更多的熱量聚集于芯片內(nèi)部，從而反過(guò)來(lái)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致器件的停運(yùn)或者損壞[3]。針對(duì)這一能耗優(yōu)化的問(wèn)題，傳統(tǒng)的基于 power gating 的動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)（DPM）和細(xì)粒度的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整技術(shù)（DVFS）等技術(shù)在降低能耗方面起到了一定的作用，但是也產(chǎn)生一種新的現(xiàn)象，暗硅現(xiàn)象[4][5][6]。暗硅現(xiàn)象主要源于系統(tǒng)為了保證所有芯片在可提供的功耗以及安全的溫度下正常運(yùn)行，不得不使一部分芯片處于變淡（降頻工作）或是轉(zhuǎn)暗（關(guān)閉核心），這就使得在同一階段下，眾核系統(tǒng)的全部核心無(wú)法同時(shí)工作在最佳狀態(tài)下[7]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳喬杉;楊林;;用于片上光網(wǎng)絡(luò)的光學(xué)路由器研究[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2014年11期

2 李暉,謝樹(shù)森,陸祖康;色散、群速與群折射率[J];光子學(xué)報(bào);1999年12期

本文編號(hào)：2719908