[发明专利]一种集成片上光网络的芯片结构及动态分配方法

说明书

本发明公开一种集成片上光网络的芯片结构及动态分配方法。所述芯片结构包括电学层和光学层，所述电学层和所述光学层通过TSV穿孔连接；所述电学层包括IP核、光网络控制管理单元；所述IP核和所述光网络控制管理单元连接；所述光学层包括光网络接口和光网络；所述光网络控制管理单元和光网络接口相连；所述光网络接口和所述光网络连接；所述光网络接口包括光电探测器、片上激光器、光波导和微环形谐振器。采用本发明的集成片上光网络的芯片和动态波长分配方法能够实现片上硬件资源的灵活调制和动态分配，实现更高能效的多核处理。

技术领域

本发明涉及集成片上光网络的多核处理器芯片领域，特别是涉及一种片上光网络及波长动态分配方法以实现高性能计算架构。

背景技术

一个高性能的计算系统包括一块集成了大量的微处理器的芯片，微处理器之间会产生大量的数据，因数据交换带来的能量消耗在高频时，例如TB/S时，会非常的高，因此传统的芯片上的金属导线的连接方式不再适合。通过光学互连来连接芯片上的各个微处理器能够使高频下实现数据交换需要的能量比传统方法少很多，因为这种方案能实现非常小的传输延迟，同时可通过信号的复用来实现传输数据的增加。

现有方案中的基于光学互连的光网络的芯片系统存在的问题是缺乏灵活性，是静态的。一个多核处理器的芯片包括一个电学层(有大量的处理单元IP核)以及光网络层，光网络层包括大量的on-chip或者off-chip的激光器，光电探测器，光波导以及光网络接口。它们按一定方式的规则排布所构成。当前光芯片上的各个组成部分和数据传输的通道都是固定的，不能进行动态调制的，虽然通过光波长的复用实现了更高的带宽，但是不能根据不同的应用需求和数据通信特点进行动态调制，不能实现更高的性能和更低的能耗，同时节省光电器件的使用，减小芯片的面积的技术效果。另外，当下的多核处理器芯片系统需要承担高达千万甚至亿次的计算任务，计算的整个过程是动态的，芯片在实际计算中各个处理单元节点的负载是不同的，会在不同节点形成局部剧烈升温，增加光网络芯片的光信号传输损耗，降低工作速度和性能，降低芯片的稳定性和寿命，而现有方案中的光网络芯片系统不能对芯片上光器件的开、关和使用做出实时的动态调整，芯片的设计、使用和大规模集成片上光器件都受到严重制约，无法满足5G通信、大数据、DATA CENTER、无人驾驶等新兴应用对大规模多核处理器芯片的片上数据传输和计算的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成片上光网络的芯片结构及动态分配方法，实现片上硬件资源的灵活调制和波长动态分配，实现更高能效的片上光通信，计算需要的资源更少，芯片的温度稳定性更好，寿命更长。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种集成片上光网络的芯片结构，所述芯片结构包括电学层和光学层，所述电学层和所述光学层通过TSV穿孔连接；所述电学层包括IP核、光网络控制管理单元；所述IP核和所述光网络控制管理单元连接；所述光学层包括光网络接口和光网络；所述光网络控制管理单元和光网络接口相连；所述光网络接口和所述光网络连接；所述光网络接口包括光电探测器、片上激光器、光波导和微环形谐振器；所述IP核，用于通过所述光网络控制管理单元向目的IP核发送电数据；所述光网络控制管理单元，与所述光网络接口连接，用于控制所述各个光网络接口，向光网络接口分配数据发送任务，根据所述IP核需要发送的数据来分配波长，并将所述光网络接口收到的数据发送给IP核；所述光网络接口用于将所述电数据转换为光数据，也将所述光数据转换为电数据；所述激光器，用于发送所述光数据；所述光电探测器，用于将收到的光数据转换为电数据；所述光网络控制管理单元，分别与所述光电探测器、激光器连接，用于接收所述光电探测器转换的电数据，且控制所述激光器将光数据发送出去；所述光网络控制管理单元与所述微环谐振器连接，用于控制所述微环谐振器的谐振波长；所述微环谐振器与所述光电探测器、所述激光器、所述光波导连接，用于将所述激光器发出的光信号耦合到光波导上，并将光波导上的光信号导入到光电探测器；所述光网络，与所述光网络接口通过所述光波导连接。

可选的，所述IP核的数量为N个。