面向多级多波长的光片上网络的可靠性研究

摘要

近年来，单一芯片上可集成的处理器核的数目越来越多，基于电互连的片上网络在通信时延、能耗和带宽等方面都具有严重的瓶颈。随着与CMOS工艺兼容的硅光技术的突破发展，使得光互连技术在片上网络的应用成为可能。光互连技术不仅能够满足片上网络对能耗、时延、吞吐量等性能的高要求，而且还可以大大地提高网络中的数据传输速率，使得光片上网络成为当前的研究热点。微环谐振器是构成光片上网络的主要光器件，由于光信号在这些基本光器件的传输过程中存在不理想的耦合，其一部分能量会不可避免的泄漏到其它信号中成为噪声，导致不同的光信号间产生串扰，影响光路由器甚至整个光片上网络的性能，从而降低光片上网络的可靠性，可靠性的研究对于光片上网络的性能非常重要。
　　本文针对多级和多波长的光片上网络中的可靠性问题进行了研究，重点分析了串扰对光片上网络可靠性的影响。本文首先介绍了多级间接互连网络、波分复用和波长路由技术在光片上网络上的典型应用实例，总结了现有光片上网络中串扰问题的研究现状。通过分析光信号在硅光器件中的传输特性，探讨了光片上网络中串扰产生的原因，并建立了波导交叉、光平行交换单元和光交叉交换单元的串扰分析模型。在此基础上，针对Crystal光片上网络中的路由器结构和网络布局，建立了相应的分析模型，分别在路由器级和网络级分析了光路由器和Crystal网络中的损耗、串扰噪声和信噪比。最后，研究了多波长光片上网络中的串扰问题，通过分析多波长光片上网络中不同的波长信号传输时的相互影响，对网络中的基本光器件和光交换单元的串扰进行了建模，并针对WANoC结构的多波长光片上网络和光路由器中的损耗、串扰和信噪比进行了详细的分析，通过理论计算和具体分析验证了损耗和串扰分析模型的正确性。

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第一章 绪论

1.1 光片上网络的研究背景

1.2 光片上网络的关键技术

1.3 光片上网络的研究现状

1.4 本文研究内容及结构安排

第二章 光片上网络结构概述和串扰问题

2.1 多级间接互连网络在光片上网络的应用

2.2 多波长在光片上网络的应用

2.3 串扰问题的研究现状

第三章 多级光片上网络的可靠性分析

3.1 光器件的串扰模型

3.2 Crystal的结构简介

3.3 光路由器的可靠性分析

3.4 Crystal的可靠性分析

第四章 多波长光片上网络的可靠性分析

4.1 基本光单元的串扰与损耗分析

4.2 WANoC结构的简介

4.3 光路由器的损耗和串扰仿真分析

4.4 WANoC的可靠性分析

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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