基于共享收发器的光电混合NoC的研究与建模

摘要

随着片上系统中计算节点的不断增加，节点之间的通信效率已经成为影响片上系统性能的主要瓶颈。传统电总线及片上网络性能已经不能同时满足系统对带宽和延迟的需求，光电混合片上网络结构成为新的研究热点。
　　针对现有光电混合片上网络中光通道利用率不充分的问题，提出一种共享相邻节点收发器的机制，提高光通道的使用率，进而提升网络性能。
　　首先采用SystemC建模语言建立了光总线芯片和环形片上网络模型，并对其性能进行了分析。在此基础上，采用SystemC建模语言，根据光器件的带宽和延迟参数建立了光电混合片上网络模型。具有环形结构的电NoC网络负责小数据包和近距离负载的数据传输；具有树形结构的光总线网络负责远距离和大数据包的数据搬运。在模型仿真过程中，统计了微片总数和每个数据包的延迟时间，在不同的负载程度下，对建立的光电混合模型进行了性能测试，结果表明，光电混合片上网络和与独立光总线相比，最大实测带宽增加了40.2％。由于在光电混合片上网络中，当某个节点的数据量过大而相邻节点数据量较少的时候，该节点的光通道就会被完全利用起来，相邻节点的光通道会处于空闲状态，使光通道利用率不充分。因此本文在光电混合NoC的基础上，设计了共享相邻节点收发器和其空闲光通道的方式，提高了有限数量光通道的使用率，进而提高了光电混合NoC的性能。在测试过程中，统计了不同注入率下接收到的微片总数和每个数据包的延迟时间，而后对不同注入率下的带宽和延迟进行分析，结果表明，共享相邻节点收发器的光电混合片上网络，比非共享结构的光电混合片上网络，在注入率百分比35到90的区间内，其平均延迟降低了8.74%，平均带宽提升了8.03%。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 SoC互连结构的发展与现状

1.3 NoC的发展与现状

1.4 片上光互连

1.5系统级封装的现状

1.6 本文主要研究内容和论文结构安排

2 光电混合片上网络中各模块的技术基础

2.1 NoC硬件基础结构

2.2 光总线通信原理

2.3 SystemC工具建模基础

2.4 本章小结

3 光总线和环形NoC以及光电混合NoC的设计与建模

3.1 光总线的建模

3.2 环形电网络NoC建模

3.3 光电混合NoC的设计与建模

3.4 本章小结

4 光总线和环形NoC以及光电混合NoC的性能分析

4.1 光总线的性能

4.2 环形NoC的性能

4.3 光电混合NoC的性能

4.4 本章小结

5 共享相邻节点光收发器的混合光电NoC的建模与性能分析

5.1 共享光通道和共享光电收发器的结构与策略

5.2 共享收发器光电混合NoC的性能分析

5.3 光电混合NoC中共享收发器结构与非共享结构的性能比较

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献