在芯片多处理器（CMP）的发展历程中，多核心的集成数量是一个重要的性能指标，但核心之间的有效协作同样至关重要。随着芯片上集成的处理器核心数量不断增加，CMP中的互连结构逐渐从传统的总线互连演进到更复杂的网络芯片（NoC）。然而，随着CMP对通信带宽需求的不断提升，传统的金属基电子NoC因其高功耗、带宽限制和长延迟成为提升CMP性能的瓶颈。近年来的研究表明，光子NoC是克服传统电子NoC局限性的潜在解决方案。光子NoC的多种架构，如Mesh、FatTree和Clos等被广泛研究，但目前研究越来越多地集中在Mesh NoC上。
在光子网络芯片（Photonic Networks-on-Chip, PNoC）的研究中，光学调制器和路由器是实现数据传输的关键组件。本研究主要探讨了光子网络芯片中光学调制器和路由器的最新发展。通过优化掺杂浓度和分布以及共面波导电极，研究团队展示了一种2毫米长的载流子耗尽型光学调制器，该调制器在不使用反偏压的情况下，能够在0.36V的差分电压下以40Gb/s的速度工作。此外，研究团队还基于热光调谐微环谐振器，展示了一种空间非阻塞型五端口光学路由器。该光学路由器的占地面积为440×660微米平方，具有0.31纳米（38GHz）的3dB带宽，1551nm波长下通过端口的消光比为21dB，分接端口的消光比为16dB。12.5Gbps的高速数据传输实验验证了该光学路由器良好的路由功能。
光学调制器是光通信系统中的关键部件，其作用是调制光信号以携带信息。常用的光学调制器有马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder interferometer,MZI）和微环谐振器。光学路由器则是负责在PNoC中路由光信号到正确的目的地的设备。在PNoC中，硅波导（Silicon waveguide）是实现光学信号传输的重要介质。
在本研究中，研究团队在结构和材料上对光学调制器和路由器进行了优化，显著提高了其性能，为光子网络芯片的发展奠定了基础。研究团队的工作包括对掺杂浓度和分布的优化，以减少载流子耗尽型光学调制器的驱动电压；同时，通过对共面波导电极的优化设计，增加了调制器的响应速度。
该五端口光学路由器的设计显示了其在无阻塞路由方面的优势，这对于在高密度和高速光子网络芯片中的应用至关重要。通过调节温度，研究人员精确控制微环谐振器的谐振频率，实现光学信号的有效路由。
研究指出，在持续增加的多核处理器集成趋势下，光子NoC可以提供显著的性能提升，尤其在处理大规模数据通信时。因为光子NoC的低能耗、高带宽和低延迟等优点，它被认为是非常有前景的技术。
然而，为了实现光子NoC的商业应用，研究者们必须解决包括光电器件制造成本、芯片集成、封装等多方面的挑战。其中，光电器件的小型化、低能耗和高集成度是技术发展的关键方向。此外，与传统电子NoC相比，光子NoC的控制和管理策略也需进一步研究和发展，以适应光子网络芯片架构中的新需求和特点。
总而言之，光子NoC技术的研究为未来的高性能计算平台提供了新的解决方案。光学调制器和路由器作为核心组件，通过不断的优化和创新，极大地推进了光子NoC技术的发展。随着研究的深入和技术的成熟，光子NoC有望在未来的CMP和高性能计算领域发挥重要作用。
