[發明專利]一種面向胖樹型拓撲結構的光路由器

有效

• 申請號: 201310659066.7
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103888361B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 竇強;李寶亮;馮權友;韓崗;王俊輝;魯佳;周樂文;彭超;任雙印;何磊;孫家輝;蘇醒;任斌;郭龍飛;葉進;覃晨
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04L12/771
• 分類號: H04L12/771;G06F15/173;H04L12/931
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心43202
• 代理人: 郭敏

技術領域

本發明涉及硅基光電子領域的一種光學路由器，該結構可以用于搭建片上光網絡的胖樹型拓撲結構。

背景技術

現代高性能微處理器的設計已經逐漸從“計算為中心”轉向“通信為中心”，片上網絡作為核間通信的基礎設施，在微處理器設計中受到越來越多的重視。然而，以電互連為基礎的傳統片上網絡已經很難滿足高性能多核微處理器對片上網絡延遲、帶寬和功耗方面的嚴格要求。片上光網絡作為一種新興的片上網絡技術能夠減輕甚至消除傳統電互連面臨的延遲、帶寬和功耗問題，為未來高性能微處理器片上網絡的設計開辟了一條新的道路。

各類片上光互連網絡的共同特點在于它們都具有相同的基本功能單元。即傳輸鏈路、網關和光學路由器。其中，傳輸鏈路（即光波導）用于實現光信號在芯片內的傳輸；網關用于實現IP核與網絡的連接，由激光器、調制器、探測器、放大器、驅動器等光電器件構成；光學路由器用于實現對光信號的路由，主要由光交換陣列和光交換陣列控制邏輯組成。

各類片上光互連網絡的不同之處主要在于所采用的拓撲結構。拓撲結構決定了片上光網絡各個功能部件的連接方式，并在很大程度上決定了片上光網絡的性能指標。在眾多拓撲結構中，胖樹型拓撲結構因為具有較好的可擴展性和較短的網絡直徑而受到體系結構設計者的廣泛青睞。另外，在胖樹型拓撲結構中，網絡節點間的帶寬自葉而根逐漸變大，可以有效的避免近根節點的擁塞問題。

Huaxi?Gu等人公布了一種胖樹型拓撲結構的4×4光路由器，采用該路由器可以構建胖樹型拓撲結構，但是由于每個光路由器只有2個下行端口和2個上行端口，對于一個64結點的片上網絡，網絡直徑為2log264=12跳。如何進一步降低網絡直徑，以減少端到端延遲，一直是片上光互連網絡設計所面臨的重要問題。

發明內容

本發明要解決的關鍵技術問題：提出一種面向胖樹型拓撲結構的新型光路由器使得所用的微環數量較少，減小網絡直徑并盡量減少因微環或波導沖突而造成的阻塞。

本發明的技術方案是：

本發明由光交換陣列、光交換陣列控制邏輯和光交換陣列配置表組成，光交換陣列控制邏輯與光交換陣列、光交換陣列配置表、外部的電控制網絡相連，光交換陣列配置表與光交換陣列控制邏輯相連。光交換陣列與光交換陣列控制邏輯相連。光交換陣列控制邏輯通過8個輸入端口從電控制網絡接收鏈路建立請求和鏈路拆除請求信號，經過讀端口向光交換陣列配置表發出查表請求信號，并從光交換陣列配置表接收查表響應信號，從查表響應信號中獲取配置信息，并計算出光交換陣列的配置向量，將配置向量通過32位光開關控制信號線發送給光交換陣列。

光交換陣列是面向胖樹型拓撲結構的8×8光交換陣列，面向胖樹型拓撲結構的8×8光交換陣列由微環和光波導構成，微環可以動態改變諧振頻率以實現對特定波長光信號的交換。光交換陣列控制邏輯由鏈路建立有限狀態機和鏈路拆除有限狀態機構成，鏈路建立有限狀態機在建立鏈路階段正確地配置光交換陣列的工作狀態，鏈路拆除有限狀態機在鏈路拆除階段正確地修改光交換陣列的配置狀態。光交換陣列配置表是一個保存光交換陣列配置向量的只讀存儲器（Read-Only-Memory,ROM），其內容在網絡設計之初便已經確定并且固化在ROM中，在使用過程中其內容不發生變化。

面向胖樹型拓撲結構的8×8光交換陣列由3級子光交換陣列組成，子交換陣列之間通過光波導相連。每一級子交換陣列都是由若干個1×2光開關（簡稱PSE1）和2×2光開關（簡稱PSE2）構成。PSE1和PSE2均由兩根互連交叉的光波導以及用于實現轉向功能的微環構成，其中，PSE1中的微環位于輸入端口PSE1_I1和輸出端口PSE1_O2之間，PSE2中的2個微環分別位于輸入端口PSE2_I1、輸出端口PSE2_O2和輸入端口PSE2_I2以及輸出端口PSE2_O1之間，其光波導和微環的制作均采用標準工藝。第一級光交換陣列與端口P1、P2、P3、P4及第二級光交換陣列相連，第三級光交換陣列與端口P5、P6、P7、P8及第二級光交換陣列相連。每個端口均包含一根輸入光波導和一根輸出光波導，用于實現雙向的數據傳輸。