当前位置:主页 > 科技论文 > 网络通信论文 >

高性能可扩展光片上网络结构设计

发布时间:2018-08-11 14:41
【摘要】:凭借低时延、高带宽以及低能耗的通信优势,光互连被寄予希望替代传统电互连,成为片上通信系统最具前景的互连技术。光片上网络的设计得到普遍关注。但现有光片上网络阻塞问题严重,网络性能提升受限;同时,大规模光片上网络的能耗利用率较低,扩展能力不足。为解决上述问题,本文旨在提高网络性能及扩展能力,从不同角度出发设计光片上网络结构。首先,为解决传统的基于电路交换的光片上网络存在的资源预约开销大、扩展性差以及阻塞严重等问题。本文将波长资源功能分化,同时用于提高传输带宽和降低阻塞概率,提出一种新型基于电路交换的光片上网络结构——MRONoC。它首先凭借高效的波长分配方案解决阻塞问题,然后在垂直方向引入多根并行波导缓解波长资源受限的压力以改善自身扩展性。MRONoC可支持单播与多播通信,在分组长度适度的情况下能耗利用率占优,网络性能较好,与传统的基于Mesh的光片上网络相比,饱和吞吐量可提升133%。其次,现有无源光片上网络存在扩展能力不足和插入损耗较大等问题。本文面向大规模无源光片上网络,充分考虑其对扩展性能、面积与能耗开销以及传输可靠性的要求,设计无源光片上网络——POINT。鉴于波长资源使用受限,POINT对波长与波导资源的使用数量进行组合优化。其采用模块化的设计思想,仅利用多波导提供所需的通信信道构建基础交换模块,并以此作为互连单元进行规则互连,进而对各模块分配工作波长,消除模块间的通信竞争。仿真结果表明,POINT较传统的无源光片上网络可减少约39%的面积开销和约44%的插入损耗。最后,为适应多核处理器“瓦片”状的分布方式,本文探索并设计基于规则拓扑结构Torus的无源光片上网络——TAONoC。为克服波长不同的光信号在同一节点处同时发生偏转难以实现的困难,TAONoC利用宽带微环谐振器的多波长并行传输优势,并以“波长组”为单位为网络中所有转向节点循环分配“转向波长组”;为保证自身支持多播通信,且无目的节点阻塞,TAONoC对各水平、垂直波导上的各波长的调制器、解调器制定布局策略。统计分析显示TAONoC通过增加适量波导可减少约79%的微环使用数量,并降低约37%的插入损耗。
[Abstract]:With the advantages of low delay, high bandwidth and low energy consumption, optical interconnection is expected to replace traditional electrical interconnection and become the most promising interconnection technology for on-chip communication systems. The design of optical-on-chip networks has received widespread attention. However, the existing optical on-chip network congestion problem is serious, the network performance is limited; at the same time, the large-scale optical on-chip network energy consumption utilization is low, the expansion capacity is insufficient. In order to solve the above problems, this paper aims to improve the network performance and expansion ability, and design the optical on-chip network structure from different angles. Firstly, in order to solve the problems of high resource reservation overhead, poor expansibility and serious blocking in traditional on-chip networks based on circuit switching, etc. In this paper, the wavelength resource is divided into two parts, which is used to improve the transmission bandwidth and reduce the blocking probability. A novel on-chip network structure based on circuit switching, MRO Noc, is proposed. It first solves the blocking problem with efficient wavelength assignment scheme, then introduces multiple parallel waveguides in vertical direction to relieve the pressure of wavelength resource limitation to improve its expansibility. MRONoC can support unicast and multicast communication. In the case of moderate packet length, the energy efficiency is dominant and the network performance is good. Compared with the traditional optical on-chip network based on Mesh, the saturated throughput can be increased by 1333%. Secondly, the existing passive optical network has some problems, such as insufficient expansion capacity and large insertion loss. In this paper, a passive optical on-chip network (POINT) is designed for large scale passive optical on-chip networks, considering the requirements of expansion performance, area and energy consumption overhead and transmission reliability. In view of the limited use of wavelength resources, POINT optimizes the combination of wavelength and waveguide resources. It adopts the modular design idea, only uses the multi-waveguide to provide the necessary communication channel to construct the basic switching module, and takes this as the interconnection unit to carry on the regular interconnection, then distributes the working wavelength to each module, eliminates the communication competition between the modules. The simulation results show that POINT can reduce the area overhead by about 39% and the insertion loss by about 44% compared with the traditional passive optical network. Finally, in order to adapt to the "tile" distribution of multi-core processors, this paper explores and designs a passive optical on-chip network based on regular topology structure (Torus)-TAONoC. In order to overcome the difficulty of simultaneous deflection of optical signals with different wavelengths at the same node, TAONoC utilizes the advantages of multi-wavelength parallel transmission of wideband microring resonators. The "wavelength group" is used as the unit to assign the "steering wavelength group" to all the steering nodes in the network, and in order to ensure its own support for multicast communication, and the aimless nodes block the modulators of various wavelengths on the horizontal and vertical waveguides, The demodulator formulates the layout strategy. Statistical analysis shows that TAONoC can reduce the number of microrings by 79% and the insertion loss by about 37% by increasing the appropriate number of waveguides.
【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】:2014
【分类号】:TN929.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨敏华;谷建华;周兴社;;片上网络[J];微处理机;2006年05期

2 鞠宏浩;顾华玺;尹小杰;;片上网络中服务质量的研究[J];计算机与现代化;2009年04期

3 刘炎华;刘静;赖宗声;;片上网络:新一代的片上系统结构[J];电子与封装;2011年05期

4 唐名华;;两种综合流量模式对片上网络性能影响分析[J];广东石油化工学院学报;2011年04期

5 韦良芬;王勇;;片上网络系统设计分析[J];吉首大学学报(自然科学版);2012年03期

6 王宏伟;陆俊林;佟冬;程旭;;层次化片上网络结构的簇生成算法[J];电子学报;2007年05期

7 付方发;张庆利;王进祥;喻明艳;孙玉峰;;支持多种流量分布的片上网络性能评估技术研究[J];哈尔滨工业大学学报;2007年05期

8 王宏伟;陆俊林;佟冬;程旭;;层次化的片上网络设计方法[J];北京大学学报(自然科学版);2007年05期

9 丁永文;刘建辉;;片上网络体系结构设计分析[J];科技信息(学术研究);2007年31期

10 周干民;;片上网络:下一代技术[J];商业文化(学术版);2007年06期

相关会议论文 前10条

1 白原;郑焱;王红;杨士元;;不规则结构片上网络的测试方法研究[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年

2 王祺;吴宁;葛芬;;片上网络仿真与性能评估[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年

3 景乃锋;毛志刚;;面向片上网络的集成电路设计技术[A];第十届中国科协年会信息化与社会发展学术讨论会分会场论文集[C];2008年

4 付斌章;韩银和;李华伟;李晓维;;面向高可靠片上网络通信的低成本可重构路由算法[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年

5 齐树波;蒋江;李晋文;张民选;;面向片上网络的多播吞吐率和能量模型[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(B辑)[C];2011年

6 张熙敏;李晋文;肖立权;;基于逃逸通道的片上网络拥塞缓解技术[A];第十六届计算机工程与工艺年会暨第二届微处理器技术论坛论文集[C];2012年

7 欧阳一鸣;朱兵;梁华国;;一种用于片上网络的自适应路由算法[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2008年

8 苏琦;李玉柏;王坚;;用OPNET实现片上网络仿真[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年

9 欧阳一鸣;刘蓓;齐芸;;三维片上网络测试的时间优化方法[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年

10 彭福慧;尤志强;邝继顺;张大方;;一种基于BFT型拓扑结构片上网络低费用测试方法[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前1条

1 清华大学微处理器与SOC 技术研究中心 陈磊 王惊雷 李兆麟 汪东升;片上网络:解决CMP互连瓶颈[N];计算机世界;2005年

相关博士学位论文 前10条

1 王坚;片上网络通信性能分析与优化[D];电子科技大学;2011年

2 乐千桤;基于智能算法的片上网络布局优化研究[D];电子科技大学;2014年

3 秦明伟;片上网络(NoC)业务量建模方法及应用研究[D];电子科技大学;2015年

4 马立伟;专用片上网络设计方法:通信建模、拓扑构造与自动生成[D];清华大学;2006年

5 赵建武;片上网络系统可测试性设计及测试技术研究[D];电子科技大学;2009年

6 王炜;面向大规模片上多处理器的片上网络关键技术研究[D];清华大学;2010年

7 管旭光;异步片上网络的关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年

8 刘浩;低延迟无缓存传输与控制分离的片上网络拓扑结构研究[D];华中科技大学;2009年

9 刘有耀;片上网络拓扑结构与通信方法研究[D];西安电子科技大学;2009年

10 张剑贤;高性能片上网络关键技术研究[D];西安电子科技大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 王晓袁;片上网络系统模型[D];西安电子科技大学;2008年

2 付方发;片上网络性能评估平台设计[D];哈尔滨工业大学;2007年

3 王祺;基于应用的片上网络设计与性能评估[D];南京航空航天大学;2009年

4 刘华;片上网络多播通信关键技术研究[D];武汉理工大学;2011年

5 李慧;光片上网络的可靠性研究[D];西安电子科技大学;2013年

6 易恒柱;面向神经元动作电位分类的片上系统任务映射的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 李盛楠;基于Spike sorting的NoC-based CMP的研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2015年

8 蒋珊珊;片上网络感知故障容错路由算法研究[D];电子科技大学;2015年

9 刘跃;2D Mesh片上网络容错路由算法设计与研究[D];电子科技大学;2014年

10 俞剑明;容偏差百核片上网络设计与多核粒度建模[D];复旦大学;2014年



本文编号:2177287

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/2177287.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户74f22***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com