论文部分内容阅读
随着超大规模集成电路工艺特征尺寸的进一步缩小,电路集成度和时钟频率的迅速提高,片上网络中电互连带来的寄生效应如寄生电容、延迟时间、信号串扰等问题将成为限制NoC性能提高的瓶颈。光互连可以提供超高的带宽和超低的时延,是解决电片上网络面临的带宽瓶颈和功耗限制等诸多问题的理想方案。Benes、Clos等多级间接连接网络,结构本身并不存在环路,完全可以避免死锁的产生。因此,如何利用多级间接连接网络设计光片上网络是本文的研究重点。本文首先对片上网络及其互连方式进行了总结与分析,介绍了相关光器件的功能和性能参数,并对已有光片上网络结构进行了总结,特别是详细研究了基于多级互连拓扑设计的光片上网络。接着,我们利用低维的光交换单元构建Benes ONoC结构,并针对该结构提出了一种部分自适应路由算法和一种改进的分布式路由算法。通过OPNET仿真软件,我们对提出的算法性能进行了评估。与比特控制算法的对比结果表明,我们提出的算法对网络的性能有较大的改善。在此基础上,我们利用低维的光交换单元设计高维的光路由器,构建了基于Clos拓扑结构的光片上网络CNoC,并引进簇的概念,设计了光片上网络Crystal。针对新结构,我们设计了相应的拓扑布局、光路由器结构、通信协议、路由算法等内容。最后利用OPNET仿真软件模拟网络中的IP核和光路由器,搭建了完整的系统仿真平台,对CNoC和Crystal的时延和吞吐性能进行了评估。结果表明,与基于mesh的ONoC结构相比,CNoC的时延较低,吞吐较高。同时,我们比较了在不同的流量模式下,Crystal与2Dmesh-based ONOC、Cmesh-based ONOC的时延和吞吐性能,证明Crystal引进了簇的概念后,具有比较优良的网络性能。