[发明专利]可重配置的光片上网络及配置方法

说明书

技术领域

本发明属于网络技术领域，特别是一种光片上网络的结构以及网络的配置方法，适用于光片上网络设计。

背景技术

集成电路技术和半导体技术的快速发展促使芯片向多核方向发展，在多核芯片设计中，最先出现的是基于总线结构的片上系统SoC，但随着片上集成的IP核数目增多，SoC在性能、功耗、时延和可靠性方面都面临着挑战。片上网络NoC将计算机网络的思想及技术融合到芯片设计中，采用网络互连代替传统总线结构，从体系结构上彻底解决了SoC所面临的问题，在片上通信方式、功耗、可重用性、可扩展性、时钟同步等方面都具有SoC无法比拟的优势，具有高吞吐、低时延、低能耗等优点。但NoC的进一步发展却受限于芯片的互连方式，传统芯片设计均使用电互连，随着片上通信需求的增加，该互连方式在时延、带宽和能耗等方面呈现出局限性，并且随着电互连的直径增大逐渐下降，阻抗、不可靠性、电磁敏感性等因素也会限制性能的提高。随着集成光器件的进一步发展，出现了芯片互连方式的新时代--光互连时代。光互连可以解决电互连面临的瓶颈问题，相比于电互连，光互连具有低传输时延、高带宽密度、低能耗、干扰小、交叉串扰低等优势，这促使采用光互连方式的光NoC成为了研究热点。光NoC中用光开关实现对光信号传输的控制，而微环谐振器因其低功耗和低插入损耗成为构成光开关的首选，通过控制微环谐振器的谐振状态可以改变光信号的传输路径。光开关按波导与微环谐振器的相对位置可以分为两种：平行波导微环谐振器光开关和交叉波导微环谐振器光开关。交叉波导微环谐振器光开关中的波导交叉会引入交叉损耗，减少有效光功率，增加网络不必要的开销。

随着通信需求的发展，在单芯片上需要实现多种应用，但是现有光NoC设计中大多采用网格这样固定的网络结构，无法灵活地适应网络中应用的动态变化，因此降低了网络的吞吐率，增加了网络时延和网络功耗，造成网络性能的降低。

为此需要一种灵活性高的光NoC结构来动态调整网络连接方式，以便满足不同的应用需求，即要求网络具有可重配置能力。

现有光片上网络结构的设计方法有两种，一种是使用拓扑生成算法和布局工具，拓扑生成用于确定IP核之间的连接关系，布局工具用于确定网络各组件在芯片上的位置。这种方法要同时对拓扑生成和布局两个过程进行优化才能得到性能较好的网络，但是目前实现这两个过程的思路都是在设计空间里进行遍历，因此实现的复杂度很高。

另一种是在一个固定的网络结构上利用映射算法完成IP核与IP核的对应关系，从而得到完整的网络结构。这种方法受限于固定的网络结构，固定网络结构中各IP核与光路由器之间已经确定的连接关系给网络的进一步优化带来了困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种可重配置的光片上网络及配置方法，以根据不同的应用灵活配置成不同的网络结构，而不受固定网络结构的限制。根据该结构提出一种配置方法，尽可能将通信量大的IP核连在同一个光路由器上从而提高网络整体性能。

为实现上述目的，本发明的可重配置的光片上网络，包括：

N个IP核、N个光路由器R和N个光电转换单元，N由所需网络尺寸决定，所述IP核用于产生和处理数据，所述光路由器R用于接收和转发数据，所述光电转换单元用于实现光信号和电信号的相互转换，该IP核分为中心IP核、边缘IP核和角落IP核三类，中心IP核相邻的光路由器R有4个，边缘IP核相邻的光路由器R有2个，角落IP核相邻的光路由器R有1个，其特征在于：每个IP核通过(M-1)对微环谐振器光开关K与M个相邻光路由器R相连；初始状态时，所有的微环谐振器光开关K处于“关”状态，网络结构为网格结构，根据待配置网络中IP核与光路由器R之间的连接关系调节(M-1)对微环谐振器光开关K的状态，确定最终与IP核相连的一个相邻光路由器R，即在同一时刻控制一个IP核只能与一个光路由器R相连，实现网络重构。

所述的微环谐振器光开关K采用平行波导微环谐振器光开关，且每个微环谐振器光开关的尺寸和谐振频率相同。

所述中心IP核，通过3对微环谐振器光开关K分别与右下角、右上角以及左上角的3个相邻光路由器R相连，再通过光波导与左下角的相邻光路由器R相连。

所述边缘IP核分为网络上侧的边缘IP核和网络右侧的边缘IP核；所述网络上侧的边缘IP核通过1对微环谐振器光开关K与右下角的相邻光路由器R相连，再通过光波导与左下角的相邻光路由器R相连；所述网络右侧的边缘IP核通过1对微环谐振器光开关K与左上角的相邻光路由器R相连，再通过光波导与左下角的相邻光路由器R相连。