【摘要】： 隨著高性能計算的發(fā)展,多處理器系統(tǒng)對處理器芯片之間、處理器與存儲器之間互連網(wǎng)絡的性能要求也日益增加。由于傳統(tǒng)的電互連技術存在帶寬受限、串擾嚴重、功耗過高等問題,人們開始探索新的技術以提高互連帶寬,降低通訊延時。光互連作為一種新的互連方式,具有帶寬高、功耗低、延遲小、抗干擾能力強等許多電互連不可比擬的優(yōu)點,近年來已經(jīng)逐漸應用到板間和片間的互連網(wǎng)絡系統(tǒng)中。由于短距離光互連技術發(fā)展時間短,許多關鍵技術的發(fā)展依然不成熟,有許多難點需要克服。研究芯片間光互連網(wǎng)絡技術,需要結合光通訊互連特性,設計專用的網(wǎng)絡結構和適合于作短距離通信的光互連技術。 本文針對多處理器互連網(wǎng)絡的特點,結合已有的短距離光通信技術,對互連網(wǎng)絡的結構特點和光傳輸技術做了理論和實驗研究。首先分析了現(xiàn)有的幾種光總線互連網(wǎng)絡的互連性能特點,總結了其中用到的光互連結構的優(yōu)勢,并研究了其中存在的不足。在總結多種光總線型網(wǎng)絡結構的互連特點和優(yōu)勢的基礎上,提出了一種適用于多處理器系統(tǒng)下的新型網(wǎng)絡結構CSAPID。在CSAPID網(wǎng)絡中,利用光波長作為互連節(jié)點的地址信息,對網(wǎng)絡中傳輸?shù)墓庑盘栕雎酚山粨Q。這種網(wǎng)絡結構中數(shù)據(jù)傳輸延時低,節(jié)點間互連帶寬高,可以有效改進系統(tǒng)節(jié)點間的互連性能。與同樣使用這種機制的RAPID網(wǎng)絡相比,在CSAPID的設計中考慮到多處理器系統(tǒng)的互連實際,對相鄰節(jié)點之間的互連性能做了進一步優(yōu)化。使用OMNeT++對網(wǎng)絡性能做模擬實驗驗證,在網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)目較多時,CSAPID比RAPID網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)延時低。當遠程訪問發(fā)生概率較小時,與之相比對網(wǎng)絡信號傳輸延時的降低更明顯。 本文針對多處理器光互連系統(tǒng)中遇到芯片間互連的物理需要出發(fā),對光信號在傳輸過程中遇到的信號傳輸損耗問題進行了分析研究,提出了板間光互連網(wǎng)絡的轉向損耗計算方法。對上述研究在分析的基礎上,使用實驗數(shù)據(jù)對結論進行了驗證。 實驗評測結果表明,CSAPID網(wǎng)絡可以有效改進多處理器系統(tǒng)的互連網(wǎng)絡性能,特別對于相鄰節(jié)點間的互連有較大的改善效果。本文提出的板間光互連技術的信號損耗計算方法,符合實際情況,可以作為實現(xiàn)板上光互連網(wǎng)絡的參考。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TP332
【圖文】：

本章首先說明課題的研究背景及意義，然后在介紹國內外相關研究的基礎上，主要工作，給出全文的組織結構。§1.1 課題研究背景1.1.1 互連網(wǎng)絡技術發(fā)展現(xiàn)狀網(wǎng)絡通信和高性能計算機技術是整個信息技術的制高點，已成為衡量一個國家重要標志。在現(xiàn)階段的技術條件下，芯片性能的增長速度已遠遠超越了互連網(wǎng)長速度。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，處理器芯片的 I/O 帶寬需求越來越大。機系統(tǒng)逐漸向多處理器方向發(fā)展，在高性能計算領域，一個大型的計算系統(tǒng)往千計的處理器芯片，這種情況導致處理器之間互連網(wǎng)絡性能受到越來越巨大的注意的是，在過去的三十年里，處理器的運算速度基本上遵循摩爾定律，平均倍。與之對應的，處理器間的互連網(wǎng)絡性能的增長已經(jīng)逐漸不能滿足處理器間的要求[1][2]。

圖 2.1 美國 Texas 大學光背板[19]SLC-card withsurface wiring 48-waveguide arraywith coupling mirrorsSilicon carrier withsurface wiring and vias*12 VCSEL Array4*12-ch Laserdriver IC4*12-chReceiver IC4*12 PD ArrayTransmitter -OptochipReceiver-Optochip圖 2.2 芯片間互連技術示意圖[25]片間光互連的研究包括光電轉換器件的設計和選型，片間光互連鏈路的制備和結構設網(wǎng)絡組織設計等多方面的內容。如圖示，為一個簡單的片間互連結構，其中使用光互術連接兩個 IC 芯片，在芯片內部使用一個 4×12 的 VCSEL(Vertical-Caviace-emiting Laser)激光器陣列作為芯片光信號的輸出，使用 4×12 的 PD(Photo Detcto收到的光信號做光電轉換，成為芯片可以處理的電信號。

圖 2.5 RAPID 網(wǎng)絡示意圖[18]從圖中的組織結構可以看出，任意一個節(jié)點可以通過組內的光總線通道 IGI(Intragrouperconnect)與組內其他節(jié)點形成全互連結構；同樣的，群內任意組可以與其他組之間通過間光總線通道 SIGI(Scalable intergroup interconnect)互連，群間互連通過群間的互連總線道 SIGI(Scalable Intergroup Interconnect)實現(xiàn)全光互連[12][18][30][31]。2.2.2.1 波長分配策略網(wǎng)絡采取波長復用技術，減少了光鏈路的數(shù)目。在系統(tǒng)中使用的波長數(shù)目為構成一個的節(jié)點數(shù)目的最大值。光通訊窗口集中于 850nm、1310nm、1550nm、1650nm 等幾個波，其中使用密集波分復用技術后，可以將多個波長的光波復用在一條光纖中。當前光通中使用的波長集中于 1310nm-1550nm 波段，利用光波的非線性效應，對激光器的輸出光進行調制而獲得需要的光波長。這種技術的應用不能得到任意的可復用的波長，且為了效的區(qū)分不同波長的光信號，波長之間的差值不能太小。采用密集波分復用技術，可以 1310nm-1550nm 波段獲得近百個不同波長的光波。由于在網(wǎng)絡中采用波長作為節(jié)點的地信息，因此對于不采用波長復用機制的全互連網(wǎng)絡，這個數(shù)目就決定了網(wǎng)絡的規(guī)模。這情況遠小于多處理器系統(tǒng)對節(jié)點的規(guī)模要求，而 RAPID 網(wǎng)絡結構采用波長復用機制，

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

1 王小龍,嚴清峰,劉敬偉,陳少武,余金中;濕法腐蝕制備的SOI光波導(英文)[J];半導體學報;2003年10期

2 王曉明,王志功,黃

本文編號：2762607