[发明专利]基于层错的三维光片上网络架构、通信方法及光路由器

摘要

本发明提出了一种基于层错的三维光片上网络架构、通信方法及光路由器，解决了现有技术存在的垂直方向阻塞严重、TSV分布不均匀、高阶光路由器插入损耗大的技术问题。网络架构共七层，顶层为光网络层，集成有N×N个新型九端口光路由器；底层为纯电层，集成有N×N个五端口电路由器；中间五层每层集成有N×N×4个IP核，中间层中最上层为基准，其余四层分别沿四个对角线方向错位，形成层错机制；所述光路由器提供中间层间高阶光互连，IP核间通信分为节点内部、层内节点间和层间通信，节点内部和层内通信通过中间层光网络，层间通信通过顶层光网络或底层电路由器实现。本发明解决了传统的3D光片上网络中垂直方向阻塞严重问题，处理器核间高效通信。

主权项

1.一种用于基于层错的三维光片上网络系统的新型九端口无阻塞光路由器，简称为九端口光路由器，其特征在于，包括九对全双工端口：南向端口，北向端口，西向端口，东向端口，端口z＝1，端口z＝2，端口z＝3，端口z＝4，端口z＝5，每对全双工端口均包含一个输入端口和一个输出端口，其中，南向端口，北向端口，西向端口，东向端口分别用于连接当前九端口光路由器的南侧，北侧，西侧，东侧的九端口光路由器；其余五个端口：端口z＝1，z＝2，z＝3，z＝4，z＝5分别用于通过光/电接口、电/光接口和硅穿孔TSV连接五个中间层中的电路由器；所述九端口无阻塞光路由器使用了两层光平面，包含10根光波导：201，202，203，204，205，206，207，208，209，210，光波导作为载体完成光信号的传输，九端口光路由器中的10根光波导分布于上下两个光平面，其中，4根波导：201，202，203，204位于上平面中，其余6根波导：205，206，207，208，209，210位于下平面中；其中，波导201的两端分别是北端口的输出端口、南端口的输入端口，波导202的两端分别是北端口的输入端口、南端口的输出端口，波导203的两端分别是西端口的输入端口、东端口的输出端口，波导204的两端分别是西端口的输出端口、东端口的输入端口；波导205的两端分别是z＝3端口的输入端口、z＝1端口的输出端口，波导206的两端分别是z＝3端口的输出端口、z＝1端口的输入端口，波导207的两端分别是z＝4端口的输入端口、z＝2端口的输出端口，波导208的两端分别是z＝4端口的输出端口、z＝2端口的输入端口，波导209的其中一端是z＝5端口的输入端口，波导210的其中一端是z＝5端口的输出端口；所述九端口光路由器包含60个微环谐振器：01-40、51-70，微环谐振器负责将光信号从一根波导耦合到另一根波导，进而实现将光信号输出到不同的输出端口；上下平面的波导之间分别通过微环谐振器01-40进行光耦合，不会引入波导交叉损耗；而同一平面内的波导之间分别通过微环谐振器51-70进行光耦合；其中，微环谐振器51、67、68、13位于上平面，其余微环谐振器位于下平面；九端口无阻塞光路由器包括九对全双工端口，其中，南向端口，北向端口，西向端口，东向端口位于上平面；其余五个端口：端口z＝1，z＝2，z＝3，z＝4，z＝5位于下平面；其中，沿z＝1端口的输入端口向z＝3端口的输出端口，波导206上依次分布着微环谐振器01、39、66、35、33、65、56，分别负责将光信号输出到北端口、西端口、z＝4端口、南端口、东端口、z＝5端口、z＝2端口的输出端口；沿z＝2端口的输入端口向z＝4端口的输出端口，波导208上依次分布着微环谐振器53、09、61、26、27、32、70，分别负责将光信号输出到z＝3端口、北端口、z＝5端口、东端口、南端口、西端口、z＝1端口的输出端口；沿z＝3端口的输入端口向z＝1端口的输出端口，波导205上依次分布着微环谐振器15、17、16、04、55、57、63，分别负责将光信号输出到西端口、南端口、东端口、北端口、z＝2端口、z＝4端口、z＝5端口的输出端口；沿z＝4端口的输入端口向z＝2端口的输出端口，波导207上依次分布着微环谐振器54、20、22、21、59、07、52，分别负责将光信号输出到z＝1端口、西端口、南端口、东端口、z＝5端口、北端口、z＝3端口的输出端口；沿z＝5端口的输入端口，波导209上依次分布着微环谐振器36、34、64、40、13、62、60，分别负责将光信号输出到南端口、东端口、z＝1端口、西端口、北端口、z＝2端口、z＝4端口的输出端口；沿北端口的输入端口向南端口的输出端口，波导202上依次分布着微环谐振器03、06、23、11、12，分别负责将光信号输出到z＝1端口、z＝3端口、z＝4端口、z＝2端口、z＝5端口的输出端口；沿西端口的输入端口向东端口的输出端口，波导203上依次分布着微环谐振器51、02、05、08、10、14、67，分别负责将光信号输出到北端口、z＝1端口、z＝3端口、z＝4端口、z＝2端口、z＝5端口、南端口的输出端口；沿南端口的输入端口向北端口的输出端口，波导201上依次分布着微环谐振器38、28、30、25、19，分别负责将光信号输出到z＝5端口、z＝1端口、z＝2端口、z＝4端口、z＝3端口的输出端口；沿东端口的输入端口向西端口的输出端口，波导204上依次分布着微环谐振器37、31、69、29、24、18、68、13，分别负责将光信号输出到z＝5端口、z＝1端口、西端口、z＝2端口、z＝4端口、z＝3端口、南端口、北端口的输出端口；由于网络使用OXY路由算法，该光路由器中不存在南/北向端口至东/西向端口间的光通路；在九端口无阻塞光路由器中，所有的微环谐振器完全相同，均为窄带微环谐振器，具有相等且唯一的谐振波长。/n