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光片上网络电路交换机制研究

发布时间:2018-12-28 15:15
【摘要】:随着片上系统(System-on-Chip,SoC)和片上网络(Network-on-Chip,NoC)的不断发展,传统的电互连方式存在的高时延、低带宽、高功耗等一系列问题严重制约着片上系统性能的发展和应用。光片上网络(Optical Network-on-chip,ONoC)采用新型光互连技术解决了传统电互连存在的若干问题。光电路交换(Optical Circuit Switching,OCS)机制作为典型的交换机制被广泛使用于光片上网路中。采用预约建链-数据传输-拆除链路的光电路交换机制可以向光片上网络提供良好的网络带宽的同时保证数据分组传输的可靠性。随着光片上网络规模的不断扩大和应用环境的日益复杂,传统的光电路交换会导致严重的网络阻塞并且制约着网络规模的进一步扩展,传统的光电路交换机制也不支持光片上网络中多个核心与一个核心之间的同时通信。本文总结光片上网络研究背景以及发展现状,总结光片上网络中对于光电路交换机制改进的发展情况,基于经典拓扑结构对光片上网络电路交换进行性能分析,并对光电路交换机制改进行系统性研究。主要取得以下研究成果:1.针对光电路交换机制中建链阻塞严重的问题,本文设计一种基于时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)光交换、波分复用光(Wavelength Division Multiplexing,WDM)光交换和簇结构的光片上网络结构Flyover。TDM通过将不同的通信情况安排到不同的时隙消除光电路交换中的建链预约和拆链过程。簇结构内采用电交换,簇间采用光交换减少网络时隙、优化网络结构并增加网络的扩展性。仿真结果表明,相比于传统OCS光片上网络,Flyover拥有更好的网络性能。2.本文进一步通过采用Torus拓扑结构、新型路由器结构和一种新型基于方向进行波长分配策略进一步优化网络结构,减少TDM通信中的时隙总数,设计光片上网络TTWA。仿真结果表明,通过上述方法解决之前TDM通信中由于时隙总数过多导致网络轮询时延过长的问题,进一步提高光片上网络的性能。3.针对使用光电路交换机制的光片上网络中网络结构设计复杂,路由器结构复杂和不能支持多个核心与一个核心之间同时通信的问题,本文设计一种基于二维总线结构和波长路由的光片上网络。通过对X维和Y维总线的结构以及通信策略进行分别设计,新型光片上网络实现对网络结构的简化,并且实现全网多个核心与一个核心的同时无阻塞通信。
[Abstract]:With the development of on-chip system (System-on-Chip,SoC) and on-chip network (Network-on-Chip,NoC), the traditional electrical interconnection has high delay and low bandwidth. A series of problems, such as high power consumption, seriously restrict the development and application of on-chip system performance. Optical on-chip network (Optical Network-on-chip,ONoC) adopts new optical interconnection technology to solve some problems existing in traditional electrical interconnection. As a typical switching mechanism, optical circuit switching (Optical Circuit Switching,OCS) mechanism is widely used in optical chip access. The optical circuit switching mechanism, which uses the reservation chain building, data transmission and link dismantling, can provide the on-chip network with good network bandwidth and ensure the reliability of data packet transmission. With the continuous expansion of the network scale and the increasing complexity of the application environment, the traditional optical circuit switching will lead to serious network congestion and restrict the further expansion of the network scale. The traditional optical circuit switching mechanism does not support simultaneous communication between multiple cores and one core in optical on-chip networks. In this paper, the research background and development status of optical on-chip network are summarized, and the improvement of optical circuit switching mechanism in optical on-chip network is summarized. The performance of optical on-chip network switching is analyzed based on classical topology. The systematic research on the switch mechanism of optical circuit is also carried out. The main achievements are as follows: 1. In order to solve the problem of serious chain blocking in optical circuit switching mechanism, a time division multiplexing (WDM) optical (Wavelength Division Multiplexing, based on time division multiplexing (Time Division Multiplexing,TDM) is designed in this paper. WDM) Optical switching and cluster-structured on-chip network Flyover.TDM eliminate the chain building reservation and unchaining process in optical circuit switching by arranging different communication situations to different time slots. The electric switch is used in the cluster structure, and the optical switching is used among the clusters to reduce the time slot of the network, to optimize the network structure and to increase the expansibility of the network. The simulation results show that Flyover has better network performance than traditional OCS optical on-chip network. 2. This paper further optimizes the network structure by adopting Torus topology, a new router structure and a new direction-based wavelength assignment strategy, reduces the total number of time slots in TDM communication, and designs the on-chip network TTWA.. The simulation results show that the problem of long polling delay caused by too much time slot in TDM communication is solved by the above method, and the performance of optical on-chip network is further improved. Aiming at the problems of complex network structure design and complex router structure in optical on-chip network using optical circuit switching mechanism, it can not support simultaneous communication between multiple cores and one core. This paper designs an optical on-chip network based on two-dimensional bus structure and wavelength routing. By designing the structure and communication strategy of X and Y dimensional bus, the new optical on-chip network can simplify the network structure, and realize the simultaneous non-blocking communication between multiple cores and one core in the whole network.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN47

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本文编号:2394114

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