[发明专利]基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法

说明书

本发明公开了一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法，主要解决现有光片上网络中网络结构交叉损耗大、通信时延开销较大的问题。该结构包括光路由器、光波导和知识产权IP核，每个六端口光路由器分别连接两个知识产权IP核和四根光波导，光波导根据所连路由器端口位置分别刻蚀在上下两层硅衬底上。其通信方法是：在可扩展光片上网络中建立坐标系；确定信号的传输路径；配置传输路径上的光路由器端口；发送光信号；接收并处理光信号。本发明有效优化了光片上网络结构布局，提高了光片上网络的扩展性能和通信效率。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及光片上网络(Optical Network-on-Chip,ONoC)中多核节点互连技术领域中的一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法。本发明基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法，用于搭建芯片上知识产权(Intellectual Property，IP)核互连网络，实现IP核间信息传输，提高片上网络通信效率。

背景技术

相比于传统的片上电互连方式，通过光信号实现通信的光互连具有更高的带宽密度、更小的通信时延、更低的系统功耗和较小的网络串扰等优势。近年来，硅基光器件技术的不断进步推动了光片上网络的产生和迅速发展。但由于光存储无法有效集成，同时光逻辑处理技术尚不成熟，因此需对通信资源进行预调配，光片上网络通常采用光电路交换机制实现IP核之间的通信。

西安电子科技大学在其拥有的专利技术“无阻塞通信的光片上网络系统及其通信方法”(申请日：2012年7月17日，申请号：CN 201210245590.5，授权公告号:102780936B)中公开了一种无阻塞通信的光片上网络系统及其通信方法，主要解决现有光片上网络存在的阻塞问题。该系统包括光传输网络和电控制网络，光传输网络中的各节点包括IP核、发送单元、接收单元和光交换单元，各发送单元的发送波长固定，光交换单元由光垂直开关构成，各接收单元的内部结构相同。但是，该系统存在的不足之处是：光交换单元中波导的布局不够优化，导致光片上网络交叉损耗较大、扩展能力有限，应用价值低。

复旦大学在其申请的专利文献“一种基于Mesh拓扑结构的片上网络通信方法”(申请日：2013年6月18日，申请号：CN201310242869.2，公开号：106254254A)中公开了一种基于Mesh拓扑结构的片上网络通信方法。该方法主要用以提高光片上网络数据的传输效率，包括由主核按照一定的路由算法分别向各个子核由近及远传播数据，其片上网络通信采用包交换的数据传输方式。但是，该方法仍然存在的不足之处是：随着基于Mesh结构的集成规模扩大，网络直径增大，通信平均跳数增多，运用该通信方法由近及远传输的时延开销较大。

西安电子科技大学在其申请的专利文献“三维光片上网络的通信方法”(申请日：2016年4月22日，申请号：201610255814.9，公开号：CN 105959239A)中公开了一种基于微环谐振器的光交换单元，主要解决现有三维光片上网络中通信链路利用率低下、单一节点阻塞影响其他节点通信、通信时延大和网络吞吐量低的问题。该方法在资源预约分组在中间节点被阻塞时，根据网络实时情况对该资源预约分组进行重传，并在进行资源预约分组重传过程中对资源预约分组重传的条件进行优化。但是，该方法存在的不足之处是：通过重传机制解决阻塞问题，网络灵活程度低，并且该方法忽略针对特定应用的网络通信。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术不足，提出一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法，减少网络中波导交叉，降低片上网络通信损耗，提高了光片上网络的扩展性能和通信效率。

本发明的具体思路是：交替排布的两种互呈镜面对称的错层六端口光路由器连接知识产权IP核和光波导，通过光波导在上下两层硅衬底上交错刻蚀，减少网络中交叉损耗。通过源知识产权IP核与目的知识产权IP核的横、纵坐标，确定光信号的传输路径。提高光片上网络通信效率。

为实现上述目的，本发明包括一种基于双层布局的可扩展光片上网络结构及其通信方法。