[发明专利]可重构阵列处理器中簇间通信光互连网络

说明书

可重构阵列处理器中簇间通信光互连网络属于集成电路设计技术领域，主要适用于阵列处理器处理元簇间数据并行访问，属于集成电路设计技术领域。目的在于通过多级光交换结构，降低存储访问延迟、提高访问带宽、提高资源利用率。本设计针对多核结构簇间通信延迟较大的问题，通过波分复用技术，对多路请求信号进行无阻塞并行交换，采用四级光交换开关结构，实现了16*16阵列处理器的4*4处理元簇间数据并行访问，提高了访存带宽、降低了访问延迟。

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，尤其涉及到16*16处理器阵列中，4*4构成的处理元簇间通信的并行访问。

背景技术

为了提升系统的性能，通过在单一芯片上集成多个处理器核，被证明是行之有效的途径，但随着集成电路工艺的进一步发展，片上系统可集成成百上千的处理器核心，继续通过提升处理器核心数，对系统整体性能的提升已经微不足道。随着片上集成的处理器核心数目的不断提升，存储问题越来越成为制约片上系统整体性能的关键。到深亚微米工艺下，互连线延迟已经超过逻辑门延迟，成为提升系统工作频率的瓶颈。

基于簇的NoC(Network on Chip)互连方式，一方面，数据访问延时较大，一般读/写延时高达数十个时钟周期，这与操作级或是数据级运算的1～2个周期相比，延时太大，同时数据访问延迟与通信节点距离有关，较长的通信距离将导致较长的互连线延迟，导致难以满足应用的实时性需求；另一方面，轻核阵列处理器，单个处理单元的电路规模大概在2000个逻辑单元，而4通道的虚通道路由器占用资源大概是处理单元的六倍，导致通信资源远远大于计算资源，资源利用率低下。

光信号由于其传输延时低、功耗小的特点，适合于远距离通信，可重构阵列处理器簇间通信光互连网络针对簇间通信访问延迟较大的问题，充分考虑处理元簇间访问的并行性，采用波分复用技术，通过四级光交换开关，实现了16个处理元簇的并行访问。

发明内容

本发明涉及到阵列处理器中簇间通信光互连网络，目的在于采用波分复用技术，通过多级交换光互连网络，降低存储访问延迟、提高访问带宽、提高资源利用率。

本发明实施例是这样实现的，簇间通信光互连网络的功能是接收来自16个处理元簇的存储访问光请求信号，根据16个处理元簇访问的目的节点不同进行波长分配，簇间通信的光互连网络中的多级交换结构，根据不同波长进行交换，将光请求信号送达对应的处理元簇。

所述的簇间通信光互连网络，四级光交换开关构成，其中第一级交换开关由1个十六端口的交换单元构成，第二级交换开关由2个八端口交换单元构成，第三级交换开关由4个四端口交换单元构成，第四级交换开关由8个两端口交换单元构成。

第一级交换开关中十六端口的交换单元由16个微环谐振器和16根光波导构成，每个微环谐振器的谐振波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅、λ₆、λ₇，主要功能是接收来自16个处理元簇的光请求信号，进行第一级交换。

第二级交换开关中八端口的交换单元由8个微环谐振器和8根光波导构成，每个微环谐振器的谐振波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃、λ₈、λ₉、λ₁₀、λ₁₁，主要功能是接收第一级交换后的光请求信号，进行第二级交换。

第三级交换开关中四端口的交换单元由4个微环谐振器和4根光波导构成，每个微环谐振器的谐振波长为λ₀、λ₁、λ₄、λ₅、λ₈、λ₉、λ₁₂、λ₁₃，主要功能是接收第二级交换后的光请求信号，进行第三级交换。