[发明专利]无阻塞通信的光片上网络系统及其通信方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及无阻塞通信的光片上网络系统，支持芯片上处理器之间的无阻塞通信，提高网络的资源利用率和时延吞吐性能，并支持多到一无阻塞通信。

背景技术

基于总线结构的片上系统，是将多个IP核通过总线互连集成到芯片上，这种片上系统在朝着多核化和异构化方向发展的过程中，由于总线结构的通信效率低、可扩展性差等问题逐渐成为限制片上通信性能的瓶颈。因此，片上网络应运而生。片上网络的核心思想是将计算机网络技术移植到芯片设计中，从而彻底解决总线结构带来的问题。但随着集成电路工艺特征尺寸的进一步缩小，电路集成度和时钟频率的迅速提高，片上网络中电互连带来的带宽有限、功耗较大、信号串扰等问题将成为限制片上网络性能提高的瓶颈。光片上网络通过使用光互连技术，可提供高带宽和低时延，从而解决了电互连面临的带宽瓶颈和功耗限制等诸多问题。

现有的光片上网络大多采用光电路交换机制，在源节点发送光信息之前，需要发送电建链信息来预约从源节点到达目的节点的光链路资源，已被预约的链路不能被其它节点使用，从而导致了网络中出现阻塞，降低了网络的资源利用率和吞吐性能。现有的减少网络阻塞的两种方法分别是波分复用方法和空分复用方法。

波分复用方法，支持同一波导中同时传输多个不同波长的光信息，可以有效地降低网络中出现阻塞的概率，但是现有实现方案主要通过增加网络中所使用的波长数量减少阻塞。由于目前光片上网络中可用的波长数目有限，单纯使用该技术会限制网络的扩展。

空分复用方法，通过增加网络中的波导数目为光信息提供多条传输通道，减少网络阻塞。但随着波导使用数量的增加，波导交叉数增加，从而增加了信号的损耗与串扰。过多的波导也会增大芯片面积和布局复杂度。

上述两种方法尽管能减小阻塞发生的概率，却不能真正实现无阻塞通信；同时，这两种方法的资源利用率较低，吞吐性能较差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种无阻塞通信的光片上网络系统，以实现多到一无阻塞通信，提高网络的资源利用率和吞吐性能。

为实现上述目的，本发明无阻塞通信的光片上网络系统，包括光传输网络和电控制网络，该光片上网络系统的规模为N×N，N是正偶数，4≤N≤32，其特征在于：

光传输网络，用于传输波长为λ₀，λ₁，......λ_N，λ_N+1，......λ_2N-1的光信息，它包括N²个节点，N²个节点按照从左至右，从下至上的方式均匀规则排布，节点之间用波导相连并形成Torus拓扑结构，每个节点包括一个能够产生并处理电信息和电控制信息的IP核、一个发送单元、一个接收单元和一个光交换单元，发送单元和接收单元均置于IP核与光交换单元之间；在光传输网络中，以左下角的节点为坐标原点，水平向右为X维正方向，竖直向上为Y维正方向，建立二维坐标系，依次确定所有节点的坐标（x，y），每个节点内的IP核、发送单元、接收单元和光交换单元共享该节点的坐标；

电控制网络，通过传输电控制信息，控制光传输网络内部单元工作，它包括N²个电控制单元，每个电控制单元之间通过电连接，形成Mesh拓扑结构。

上述无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光传输网络中的波导，分为水平波导和垂直波导，该水平波导为单向波导，以沿顺时针方向传输多个波长的信号，该垂直波导为双向波导，以双向传输多个波长的光信号。

上述无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，发送单元由一个电光转换单元和一个光平行开关构成，该电光转换单元用于将IP核产生的电信息调制为波长是λ_i的光信息，该光平行开关用于将波长是λ_i的光信息耦合进波导，其中λ_i为发送单元的发送波长，发送波长λ_i由节点的坐标决定，0≤i≤2N-1，其中x、y分别为发送单元的横坐标和纵坐标，为向下取整运算。

上述无阻塞通信的光片上网络系统，其特征在于，光平行开关由两根平行波导和一个微环谐振器构成，该微环谐振器置于两根平行波导之间，以将一根波导中的光信息耦合进另一根波导中；微环谐振器的谐振波长作为光平行开关的工作波长。