[发明专利]一种面向胖树型拓扑结构的光路由器

说明书

技术领域

本发明涉及硅基光电子领域的一种光学路由器，该结构可以用于搭建片上光网络的胖树型拓扑结构。

背景技术

现代高性能微处理器的设计已经逐渐从“计算为中心”转向“通信为中心”，片上网络作为核间通信的基础设施，在微处理器设计中受到越来越多的重视。然而，以电互连为基础的传统片上网络已经很难满足高性能多核微处理器对片上网络延迟、带宽和功耗方面的严格要求。片上光网络作为一种新兴的片上网络技术能够减轻甚至消除传统电互连面临的延迟、带宽和功耗问题，为未来高性能微处理器片上网络的设计开辟了一条新的道路。

各类片上光互连网络的共同特点在于它们都具有相同的基本功能单元。即传输链路、网关和光学路由器。其中，传输链路（即光波导）用于实现光信号在芯片内的传输；网关用于实现IP核与网络的连接，由激光器、调制器、探测器、放大器、驱动器等光电器件构成；光学路由器用于实现对光信号的路由，主要由光交换阵列和光交换阵列控制逻辑组成。

各类片上光互连网络的不同之处主要在于所采用的拓扑结构。拓扑结构决定了片上光网络各个功能部件的连接方式，并在很大程度上决定了片上光网络的性能指标。在众多拓扑结构中，胖树型拓扑结构因为具有较好的可扩展性和较短的网络直径而受到体系结构设计者的广泛青睐。另外，在胖树型拓扑结构中，网络节点间的带宽自叶而根逐渐变大，可以有效的避免近根节点的拥塞问题。

Huaxi Gu等人公布了一种胖树型拓扑结构的4×4光路由器，采用该路由器可以构建胖树型拓扑结构，但是由于每个光路由器只有2个下行端口和2个上行端口，对于一个64结点的片上网络，网络直径为2log264=12跳。如何进一步降低网络直径，以减少端到端延迟，一直是片上光互连网络设计所面临的重要问题。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题：提出一种面向胖树型拓扑结构的新型光路由器使得所用的微环数量较少，减小网络直径并尽量减少因微环或波导冲突而造成的阻塞。

本发明的技术方案是：

本发明由光交换阵列、光交换阵列控制逻辑和光交换阵列配置表组成，光交换阵列控制逻辑与光交换阵列、光交换阵列配置表、外部的电控制网络相连，光交换阵列配置表与光交换阵列控制逻辑相连。光交换阵列与光交换阵列控制逻辑相连。光交换阵列控制逻辑通过8个输入端口从电控制网络接收链路建立请求和链路拆除请求信号，经过读端口向光交换阵列配置表发出查表请求信号，并从光交换阵列配置表接收查表响应信号，从查表响应信号中获取配置信息，并计算出光交换阵列的配置向量，将配置向量通过32位光开关控制信号线发送给光交换阵列。

光交换阵列是面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列，面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列由微环和光波导构成，微环可以动态改变谐振频率以实现对特定波长光信号的交换。光交换阵列控制逻辑由链路建立有限状态机和链路拆除有限状态机构成，链路建立有限状态机在建立链路阶段正确地配置光交换阵列的工作状态，链路拆除有限状态机在链路拆除阶段正确地修改光交换阵列的配置状态。光交换阵列配置表是一个保存光交换阵列配置向量的只读存储器（Read-Only-Memory,ROM），其内容在网络设计之初便已经确定并且固化在ROM中，在使用过程中其内容不发生变化。

面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列由3级子光交换阵列组成，子交换阵列之间通过光波导相连。每一级子交换阵列都是由若干个1×2光开关（简称PSE1）和2×2光开关（简称PSE2）构成。PSE1和PSE2均由两根互连交叉的光波导以及用于实现转向功能的微环构成，其中，PSE1中的微环位于输入端口PSE1_I1和输出端口PSE1_O2之间，PSE2中的2个微环分别位于输入端口PSE2_I1、输出端口PSE2_O2和输入端口PSE2_I2以及输出端口PSE2_O1之间，其光波导和微环的制作均采用标准工艺。第一级光交换阵列与端口P1、P2、P3、P4及第二级光交换阵列相连，第三级光交换阵列与端口P5、P6、P7、P8及第二级光交换阵列相连。每个端口均包含一根输入光波导和一根输出光波导，用于实现双向的数据传输。