面向光互连的片上网络模拟器研究

发布时间：2022-02-11 16:59

　　近年来,片上互连网络（Network-on-Chip, NoC）已被证明是片上多核间的一种高效的通信方式,可以提供足够的带宽以取代传统总线互连和点对点互连结构。然而,随着应用需求的与日俱增,超大规模集成电路技术的进步对互连网络的性能提出了更高的要求,包括更高的传输带宽,更低的传输时延以及更低的能量消耗,而电互连固有的缺陷又使得互连网络性能的提高举步维艰。光互连技术由于功耗低,带宽大,损耗小,可以克服“电子瓶颈”,是未来片上互连网络的优先选择,对片上光互连网络的研究有着重大的意义。硅基光子技术已经被证明是未来片上（或片间）光互连网络的重要技术之一,近年来,基于此的多种片上光互连网络已经被提出。然而,硅基光子技术和片上光互连网络技术本身并不成熟,需要一个完善的面向光互连的片上网络模拟器。该网络模拟器必须对片上网络所需的光学和电学器件进行建模,并且具备网络仿真功能。同时该模拟器需要给用户提供研究探索空间,并可针对不同结构的片上互连网络进行仿真分析。本文提出并设计开发了一款面向光互连的片上网络模拟器.——LioeSim,王要分为以下三部分介绍：（1）片上光网络光学器件的建模。LioeSim内部... 

【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 多核体系结构模拟器
        1.1.2 多核模拟器与片上光互连网络
        1.1.3 几种典型的光电混合片上网络
    1.2 片上光互连网络模拟器的研究现状
        1.2.1 PhoenixSim
        1.2.2 DSENT
        1.2.3 Graphite
    1.3 本文的研究内容和主要意义
    1.4 论文的结构安排
第二章 片上光互连网络模拟器LIOESIM结构概述
    2.1 LIOESIM与多核系统模拟器
        2.1.1 功能模型
        2.1.2 时序模型
        2.1.3 成本模型
        2.1.4 LioeSim与多核系统模拟器运行交互机制
    2.2 LIOESIM结构框架
        2.2.1 LioeSim中的光学和电学器件库
        2.2.2 网络结构设计
        2.2.3 网络负载
        2.2.4 网络性能评估
    2.3 本章小结
第三章 片上光网络光学器件模型
    3.1 MZ(MACH-ZEHNDER)类器件
        3.1.1 马赫—曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)
        3.1.2 马赫—曾德尔电光调制器(MZ Modulator)
        3.1.3 马赫—曾德尔光开关(MZ Switch)
    3.2 微环类器件
        3.2.1 微环谐振腔(Ring Resonator)
        3.2.2 微环电光调制器(Ring Modulator)
        3.2.3 微环滤波器(Ring Filter)
        3.2.4 微环光开关(Ring Switch)
    3.3 光接收器及CMOS晶体管的泄露电流
        3.3.1 光接收器(Optical receiver)
        3.3.2 CMOS晶体管的泄漏功耗(Leakage)
    3.4 波导类器件、波分复用器件及其他器件
        3.4.1 波导类器件
        3.4.2 阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating)
        3.4.3 蚀刻衍射光栅(Etched Diffraction Grating)
        3.4.4 多模干涉耦合器(Multimode Interference Coupler)
        3.4.5 Y分支器(Y Splitter)
        3.4.6 光源(Optical Laser)
    3.5 本章小结
第四章 LIOESIM网络仿真功能实现
    4.1 LIOESIM与多核系统模拟器的运行交互机制
    4.2 光电混合网络仿真功能实现
        4.2.1 网络分簇方法
        4.2.2 光总线网络结构
        4.2.3 光Mesh网络结构
        4.2.4 消息队列中的消息类型
        4.2.5 路由器工作流水线
        4.2.6 仿真过程
    4.3 网络性能分析方法
        4.3.1 LioeSim与器件模型的关系
        4.3.2 光传输带宽、电传输带宽、电光调制器速率与WDM通道个数之间的关系
        4.3.3 数据包传输平均时延分析
        4.3.4 功耗分析
        4.3.5 平均跳数分析
        4.3.6 能量时延积分析
    4.4 本章小结
第五章 LIOESIM仿真运行实例和网络性能分析
    5.1 LIOESIM运行实例
        5.1.1 LioeSim网络参数初始化配置
        5.1.2 LioeSim器件参数初始化配置
        5.1.3 网络结构仿真运行实例
    5.2 网络性能分析
        5.2.1 不同分簇结构的相同光广播总线网络结构
        5.2.2 相同分簇结构的不同光总线网络结构
        5.2.3 光Mesh网络结构与光总线结构
    5.3 LIOESIM仿真数据验证
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 存在的不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间的主要研究成果
附录1 光学器件库代码类图
附录2 光学器件库参数列表


【参考文献】：
期刊论文
[1]快速响应SOI马赫曾德热光调制器[J]. 魏红振,余金中,夏金松,严清峰,刘忠立,房昌水.  半导体学报. 2002(05)

博士论文
[1]基于微环谐振腔可调特性的硅光子应用研究[D]. 邱晨.浙江大学 2013



本文编号：3620637