在当今计算机芯片技术迅速发展的背景下,片上光网络(Optical Network-on-Chip,简称ONoC)由于其能够提供更高的通信带宽、较低的传输延迟和功耗,越来越受到人们的关注,特别是三维片上光网络(3D Optical Network-on-Chip,简称3DONoC)作为一种新兴的网络架构,在多核芯片技术方面得到了广泛的关注。
三维片上光网络相比于基于传统电子互连的网络架构,不仅能够提供更高的通信带宽,而且能降低信号传输的延迟和功耗。Wavelength Division Multiplexing(波分复用,简称WDM)技术在片上光网络中的应用,进一步通过在同一传输线路上并行传输不同波长的多个光信号来提升带宽。
片上光网络路由器(Optical Router,简称OR)结构的设计是三维片上光网络设计中极为重要的一环。目前,基于光波导和微环谐振器(Microring Resonators,简称MRs)的三种无阻塞光路由器结构已经被提出。Shacham等人提出了一个基于3D网格片上光网络的7×7无阻塞交叉型光路由器结构,该结构包含了49个微环谐振器、14个光波导和14个光终端。光终端是一个重要的但却昂贵的设备,用在光链路的开放端,它的作用是吸收光能,阻止光能返回到传输线上。
而Zhu等人提出了一个新的7×7无阻塞光路由器结构,称为Votex,该结构包括36个微环谐振器、8个光波导和2个光终端。Ye等人在文献[3]中也提出了一个7×7无阻塞光路由器结构,包含24个微环谐振器、8个光波导和2个光终端。然而,这三种光路由器结构均存在一定的问题。对于这些结构,各个层次上的ORs是直接相连的,这在实现时可能会造成很多的连接问题。
本文中,Pengxing Guo、Weigang Hou和Lei Guo三位研究者提出了一个新型的6×6无阻塞光路由器结构,用于三维片上光网络。该结构在降低插入损耗、芯片布局面积和提高网络可扩展性方面表现良好。文献中的仿真结果表明,该结构在实现低插入损耗、节省布局空间和提升网络可扩展性方面具有很好的性能。
文章中提到的OCIS代码是060.0060和200.4650,分别对应光通信和光学互连的分类。
在此基础上,研究者们认为基于光波导和微环谐振器的片上光路由器结构设计,是实现高带宽、低延迟、低功耗通信的关键。同时,光路由器结构的设计也是三维片上光网络设计的核心部分。研究者们还强调,目前提出的这些光路由器结构,尽管在理论上可以无阻塞地连接多个光通道,但它们在实现过程中可能面临物理层面上的诸多挑战,例如光信号的损耗、光路由器内部元件之间的耦合效率以及整体布局的优化等。
因此,本研究提出的6×6无阻塞光路由器结构,通过创新设计,针对目前存在的问题进行改进,以期达到降低插入损耗和芯片布局面积的要求,同时提高整个三维片上光网络的扩展性和性能。这项研究对于推动未来多核芯片技术的发展具有重要的理论和实践意义。