片上光交换阵列体系结构与路由算法研究

发布时间：2019-10-23 19:11

【摘要】：在当前的高性能微处理器系统中,随着计算节点数目的不断增加,系统规模不断增大,对片上互连网络的通信需求也越来越高。传统的电互连网络存在带宽小、时延大、互连密度小等局限,已很难满足未来大规模片上网络的需求,成为制约处理器性能提升的瓶颈。光互连技术是近年来新兴的一种互连技术,它以硅基光电子器件为发展基础,采用光波作为信息载体,具有并行性好、低延迟、高带宽等诸多优点。光互连技术可以有效地解决片上网络存在的延迟和功耗问题,具有十分可观的发展前景。光交换阵列是光互连网络中的核心部件,对整个光互连网络的性能有着重要影响。光交换阵列由光开关和光波导等器件组成,可支持多个节点之间的路由通信。随着微环谐振器等光电子器件的制造工艺不断成熟,光交换阵列的性能不断提高,其结构和功能设计也存在着多元化的方法。本文以光交换阵列的结构和功能为出发点,设计了一种双鱼型4×4光交换阵列。通过分析和研究,我们证明双鱼型4×4光交换阵列和同等规模的Crossbar交换阵列具有相同的功能,但双鱼型交换阵列的硬件开销和路由平均插入损耗明显小于Crossbar交换阵列。同时,我们提出了一种“嫁接”式的扩展方法,可以将双鱼型交换阵列扩展到任意规模。我们还对双鱼型阵列进行了优化设计,使阵列的插入损耗进一步降低。为了解决片上互连网络的延迟和阻塞问题,我们提出了一种基于时分复用机制的确定性路由算法。通过路由并行的方法,我们对算法进行了优化,提高了算法的通信效率和资源利用率,并通过Matlab进行了模拟仿真。最后,我们使用基于OMNeT++的PhoenixSim工具对使用不同光交换阵列的网络进行仿真测试,通过分析多组实验结果,我们得出双鱼型光交换阵列的综合性能优于Crossbar交换阵列的结论。双鱼型4×4光交换阵列和确定性路由算法的提出为未来光互连网络设计提供了新的方案,对于提高光互连网络的整体性能具有积极的意义。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP332

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本文编号：2552221