[发明专利]基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构及通信方法

说明书

本发明公开了一种基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构及通信方法，用于提升结构扩展性和广播通信效率，降低集成设计难度和控制电路功耗，包括M×N个超级节点、M个全局交换网、N个本地交换网和M×N×(M+N)条第三光波导，M≥2，N≥2，M×N个超级节点分为N组，每组M个，第n组中第m个超级节点表示为S_n,m，1≤n≤N，1≤m≤M，每个超级节点中包括M个计算节点、一个交叉开关、两个光调制器和M+N‑2个光解调器，每个全局交换网包括N个微环功率分配器，每个本地交换网包括M个微环功率分配器，根据n、m，每个超级节点连接一个本地交换网和一个全局交换网，根据目的计算节点所在超级节点组编号和在该超级节点组内编号在本地交换网、全局交换网或本地交换网和全局交换网进行通信。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种片上光互连结构及通信方法，具体涉及一种基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构及通信方法，可用于计算系统中计算节点之间广播通信。

背景技术

片上光互连结构通过光波导实现计算系统中计算节点间通信。在计算系统中，计算节点间除存在单播通信外，还存在大量广播通信，因此需要设计支持广播的光片上结构。考虑到大量计算节点之间广播通信量，广播光片上结构及通信方法在设计时主要需要解决结构的可扩展性问题，集成设计问题、能耗问题和通信效率问题。现有研究人员针对以上问题，分别从结构和通信方法上进行了研究。

麻省理工学院的Zhan Su等人2014年在IEEE Lasers and Electro-Optics发表文章“An on-chip partial drop wavelength selective broadcast network”，公开了一种通过8个微环同时耦合一个波导上一条光波实现的广播网络，该广播网络可以实现一个端口同时向8个端口进行广播通信，通信效率高，此外使用通过使用无源微环谐振器，降低了片上控制电路能耗开销，但该广播网络的不足在于仅能实现一个节点对其余8个节点的广播，无法实现更大规模节点之间的相互广播，扩展性有限。

申请公布号为CN103442311A，名称为“支持多播通信的光片上网络系统”的专利申请，公开了一种支持多播通信的光片上网络系统，该光片上网络系统通过由不同半径的有源微环谐振器组成的两级网络，实现了基于波长路由的多节点间的多播通信，具有一定的可扩展性，但该光片上网络系统存在的不足在于：在结构方面，集成特定弯折角度光波导，且多微环之间半径关系需要精细控制才能实现对不同波长的精确耦合，增加了片上光结构的集成设计难度，有源微环需要额外的控制电路改变其耦合波长，这增加了系统控制电路能耗开销；在通信方面，使用多波长进行多播，需要复杂的波长分配策略，且片上光波长资源有限，这些都限制了多播通信的范围，多播通信效率低。

申请公布号为CN105183693A，名称为“一种基于三维片上网络的多播传输方法”的专利申请，公开了一种基于三维片上网络的多播传输方法。该方法以一源节点为中心，将三维片上网络动态划分为高分区和低分区，随后两个分区根据一系列判别条件又进一步被优化划分为更小的多个子分区，最终源节点产生的多播信息在多个子分区中进行路由，该通信方法动态划分后可实现多区域的独立多播，虽然网络传输过程中多播通信效率有所提高，但每次广播通信前动态分区、子分区划分操作过于复杂和繁琐，使得多播通信配置时间开销增大，源节点目的节点之间整个通信流程上通信效率仍然不高，此外复杂的划分操作需要额外电路支持，这增加了使用该方法进行多播的系统能耗开销。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出一种基于微环功率分配器和组化的广播光片上结构及通信方法，用于提升广播光片上结构的扩展性，降低结构的集成设计难度，同时提高广播通信的效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：