[發(fā)明專利]一種集成片上光網(wǎng)絡(luò)的芯片結(jié)構(gòu)及動態(tài)分配方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811472704.3
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109348317A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李震;勒博-塞巴斯蒂安;李天軍;陶忠良;徐浩;沈秋明;常蘇;郭道友;孫豐元;孫學光;高漢杰;朱忠亮;邵棟;林鑫磊;楊生虎;盧國能
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州芯河光電科技有限公司
• 主分類號: H04Q11/00
• 分類號: H04Q11/00;H04L12/933
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 程華

本發(fā)明公開一種集成片上光網(wǎng)絡(luò)的芯片結(jié)構(gòu)及動態(tài)分配方法。所述芯片結(jié)構(gòu)包括電學層和光學層，所述電學層和所述光學層通過TSV穿孔連接；所述電學層包括IP核、光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元；所述IP核和所述光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元連接；所述光學層包括光網(wǎng)絡(luò)接口和光網(wǎng)絡(luò)；所述光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元和光網(wǎng)絡(luò)接口相連；所述光網(wǎng)絡(luò)接口和所述光網(wǎng)絡(luò)連接；所述光網(wǎng)絡(luò)接口包括光電探測器、片上激光器、光波導和微環(huán)形諧振器。采用本發(fā)明的集成片上光網(wǎng)絡(luò)的芯片和動態(tài)波長分配方法能夠?qū)崿F(xiàn)片上硬件資源的靈活調(diào)制和動態(tài)分配，實現(xiàn)更高能效的多核處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成片上光網(wǎng)絡(luò)的多核處理器芯片領(lǐng)域，特別是涉及一種片上光網(wǎng)絡(luò)及波長動態(tài)分配方法以實現(xiàn)高性能計算架構(gòu)。

背景技術(shù)

一個高性能的計算系統(tǒng)包括一塊集成了大量的微處理器的芯片，微處理器之間會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，因數(shù)據(jù)交換帶來的能量消耗在高頻時，例如TB/S時，會非常的高，因此傳統(tǒng)的芯片上的金屬導線的連接方式不再適合。通過光學互連來連接芯片上的各個微處理器能夠使高頻下實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換需要的能量比傳統(tǒng)方法少很多，因為這種方案能實現(xiàn)非常小的傳輸延遲，同時可通過信號的復用來實現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的增加。

現(xiàn)有方案中的基于光學互連的光網(wǎng)絡(luò)的芯片系統(tǒng)存在的問題是缺乏靈活性，是靜態(tài)的。一個多核處理器的芯片包括一個電學層(有大量的處理單元IP核)以及光網(wǎng)絡(luò)層，光網(wǎng)絡(luò)層包括大量的on-chip或者off-chip的激光器，光電探測器，光波導以及光網(wǎng)絡(luò)接口。它們按一定方式的規(guī)則排布所構(gòu)成。當前光芯片上的各個組成部分和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ蓝际枪潭ǖ模荒苓M行動態(tài)調(diào)制的，雖然通過光波長的復用實現(xiàn)了更高的帶寬，但是不能根據(jù)不同的應用需求和數(shù)據(jù)通信特點進行動態(tài)調(diào)制，不能實現(xiàn)更高的性能和更低的能耗，同時節(jié)省光電器件的使用，減小芯片的面積的技術(shù)效果。另外，當下的多核處理器芯片系統(tǒng)需要承擔高達千萬甚至億次的計算任務(wù)，計算的整個過程是動態(tài)的，芯片在實際計算中各個處理單元節(jié)點的負載是不同的，會在不同節(jié)點形成局部劇烈升溫，增加光網(wǎng)絡(luò)芯片的光信號傳輸損耗，降低工作速度和性能，降低芯片的穩(wěn)定性和壽命，而現(xiàn)有方案中的光網(wǎng)絡(luò)芯片系統(tǒng)不能對芯片上光器件的開、關(guān)和使用做出實時的動態(tài)調(diào)整，芯片的設(shè)計、使用和大規(guī)模集成片上光器件都受到嚴重制約，無法滿足5G通信、大數(shù)據(jù)、DATA CENTER、無人駕駛等新興應用對大規(guī)模多核處理器芯片的片上數(shù)據(jù)傳輸和計算的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種集成片上光網(wǎng)絡(luò)的芯片結(jié)構(gòu)及動態(tài)分配方法，實現(xiàn)片上硬件資源的靈活調(diào)制和波長動態(tài)分配，實現(xiàn)更高能效的片上光通信，計算需要的資源更少，芯片的溫度穩(wěn)定性更好，壽命更長。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種集成片上光網(wǎng)絡(luò)的芯片結(jié)構(gòu)，所述芯片結(jié)構(gòu)包括電學層和光學層，所述電學層和所述光學層通過TSV穿孔連接；所述電學層包括IP核、光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元；所述IP核和所述光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元連接；所述光學層包括光網(wǎng)絡(luò)接口和光網(wǎng)絡(luò)；所述光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元和光網(wǎng)絡(luò)接口相連；所述光網(wǎng)絡(luò)接口和所述光網(wǎng)絡(luò)連接；所述光網(wǎng)絡(luò)接口包括光電探測器、片上激光器、光波導和微環(huán)形諧振器；所述IP核，用于通過所述光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元向目的IP核發(fā)送電數(shù)據(jù)；所述光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元，與所述光網(wǎng)絡(luò)接口連接，用于控制所述各個光網(wǎng)絡(luò)接口，向光網(wǎng)絡(luò)接口分配數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，根據(jù)所述IP核需要發(fā)送的數(shù)據(jù)來分配波長，并將所述光網(wǎng)絡(luò)接口收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給IP核；所述光網(wǎng)絡(luò)接口用于將所述電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光數(shù)據(jù)，也將所述光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電數(shù)據(jù)；所述激光器，用于發(fā)送所述光數(shù)據(jù)；所述光電探測器，用于將收到的光數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電數(shù)據(jù)；所述光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元，分別與所述光電探測器、激光器連接，用于接收所述光電探測器轉(zhuǎn)換的電數(shù)據(jù)，且控制所述激光器將光數(shù)據(jù)發(fā)送出去；所述光網(wǎng)絡(luò)控制管理單元與所述微環(huán)諧振器連接，用于控制所述微環(huán)諧振器的諧振波長；所述微環(huán)諧振器與所述光電探測器、所述激光器、所述光波導連接，用于將所述激光器發(fā)出的光信號耦合到光波導上，并將光波導上的光信號導入到光電探測器；所述光網(wǎng)絡(luò)，與所述光網(wǎng)絡(luò)接口通過所述光波導連接。

可選的，所述IP核的數(shù)量為N個。