【摘要】：隨著片上系統(tǒng)(System-on-Chip,SoC)和片上網(wǎng)絡(luò)(Network-on-Chip,NoC)的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)的電互連方式存在的高時延、低帶寬、高功耗等一系列問題嚴(yán)重制約著片上系統(tǒng)性能的發(fā)展和應(yīng)用。光片上網(wǎng)絡(luò)(Optical Network-on-chip,ONoC)采用新型光互連技術(shù)解決了傳統(tǒng)電互連存在的若干問題。光電路交換(Optical Circuit Switching,OCS)機(jī)制作為典型的交換機(jī)制被廣泛使用于光片上網(wǎng)路中。采用預(yù)約建鏈-數(shù)據(jù)傳輸-拆除鏈路的光電路交換機(jī)制可以向光片上網(wǎng)絡(luò)提供良好的網(wǎng)絡(luò)帶寬的同時保證數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)目煽啃�。隨著光片上網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和應(yīng)用環(huán)境的日益復(fù)雜,傳統(tǒng)的光電路交換會導(dǎo)致嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)阻塞并且制約著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)展,傳統(tǒng)的光電路交換機(jī)制也不支持光片上網(wǎng)絡(luò)中多個核心與一個核心之間的同時通信。本文總結(jié)光片上網(wǎng)絡(luò)研究背景以及發(fā)展現(xiàn)狀,總結(jié)光片上網(wǎng)絡(luò)中對于光電路交換機(jī)制改進(jìn)的發(fā)展情況,基于經(jīng)典拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對光片上網(wǎng)絡(luò)電路交換進(jìn)行性能分析,并對光電路交換機(jī)制改進(jìn)行系統(tǒng)性研究。主要取得以下研究成果:1.針對光電路交換機(jī)制中建鏈阻塞嚴(yán)重的問題,本文設(shè)計一種基于時分復(fù)用(Time Division Multiplexing,TDM)光交換、波分復(fù)用光(Wavelength Division Multiplexing,WDM)光交換和簇結(jié)構(gòu)的光片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Flyover。TDM通過將不同的通信情況安排到不同的時隙消除光電路交換中的建鏈預(yù)約和拆鏈過程。簇結(jié)構(gòu)內(nèi)采用電交換,簇間采用光交換減少網(wǎng)絡(luò)時隙、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并增加網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性。仿真結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)OCS光片上網(wǎng)絡(luò),Flyover擁有更好的網(wǎng)絡(luò)性能。2.本文進(jìn)一步通過采用Torus拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、新型路由器結(jié)構(gòu)和一種新型基于方向進(jìn)行波長分配策略進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),減少TDM通信中的時隙總數(shù),設(shè)計光片上網(wǎng)絡(luò)TTWA。仿真結(jié)果表明,通過上述方法解決之前TDM通信中由于時隙總數(shù)過多導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)輪詢時延過長的問題,進(jìn)一步提高光片上網(wǎng)絡(luò)的性能。3.針對使用光電路交換機(jī)制的光片上網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜,路由器結(jié)構(gòu)復(fù)雜和不能支持多個核心與一個核心之間同時通信的問題,本文設(shè)計一種基于二維總線結(jié)構(gòu)和波長路由的光片上網(wǎng)絡(luò)。通過對X維和Y維總線的結(jié)構(gòu)以及通信策略進(jìn)行分別設(shè)計,新型光片上網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡化,并且實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)多個核心與一個核心的同時無阻塞通信。
[Abstract]:With the development of on-chip system (System-on-Chip,SoC) and on-chip network (Network-on-Chip,NoC), the traditional electrical interconnection has high delay and low bandwidth. A series of problems, such as high power consumption, seriously restrict the development and application of on-chip system performance. Optical on-chip network (Optical Network-on-chip,ONoC) adopts new optical interconnection technology to solve some problems existing in traditional electrical interconnection. As a typical switching mechanism, optical circuit switching (Optical Circuit Switching,OCS) mechanism is widely used in optical chip access. The optical circuit switching mechanism, which uses the reservation chain building, data transmission and link dismantling, can provide the on-chip network with good network bandwidth and ensure the reliability of data packet transmission. With the continuous expansion of the network scale and the increasing complexity of the application environment, the traditional optical circuit switching will lead to serious network congestion and restrict the further expansion of the network scale. The traditional optical circuit switching mechanism does not support simultaneous communication between multiple cores and one core in optical on-chip networks. In this paper, the research background and development status of optical on-chip network are summarized, and the improvement of optical circuit switching mechanism in optical on-chip network is summarized. The performance of optical on-chip network switching is analyzed based on classical topology. The systematic research on the switch mechanism of optical circuit is also carried out. The main achievements are as follows: 1. In order to solve the problem of serious chain blocking in optical circuit switching mechanism, a time division multiplexing (WDM) optical (Wavelength Division Multiplexing, based on time division multiplexing (Time Division Multiplexing,TDM) is designed in this paper. WDM) Optical switching and cluster-structured on-chip network Flyover.TDM eliminate the chain building reservation and unchaining process in optical circuit switching by arranging different communication situations to different time slots. The electric switch is used in the cluster structure, and the optical switching is used among the clusters to reduce the time slot of the network, to optimize the network structure and to increase the expansibility of the network. The simulation results show that Flyover has better network performance than traditional OCS optical on-chip network. 2. This paper further optimizes the network structure by adopting Torus topology, a new router structure and a new direction-based wavelength assignment strategy, reduces the total number of time slots in TDM communication, and designs the on-chip network TTWA.. The simulation results show that the problem of long polling delay caused by too much time slot in TDM communication is solved by the above method, and the performance of optical on-chip network is further improved. Aiming at the problems of complex network structure design and complex router structure in optical on-chip network using optical circuit switching mechanism, it can not support simultaneous communication between multiple cores and one core. This paper designs an optical on-chip network based on two-dimensional bus structure and wavelength routing. By designing the structure and communication strategy of X and Y dimensional bus, the new optical on-chip network can simplify the network structure, and realize the simultaneous non-blocking communication between multiple cores and one core in the whole network.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN47

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本文編號：2394114