4也分别使用相同的波长，但是同一组内的四个 核使用的波长是不同的。第一组处理器核中的核1404与存储系统的Rank0407双向通信方法 包括如下步骤：
[0062] 步骤1，激光源401发出光波经功率分配装置402将光波分配到第一组，第一组的处 理器核1404通过控制单元403打开谐振波长为A7的微环谐振器，使其禪合波长为A7的光波；
[0063] 步骤2,光波通过调制器405调制，核1404要发送的电信号转换成光信号，光波就携 带了所要发送的信息；
[0064] 步骤3,光信号从光网络408的输入端口 1进入，由于信号波长为A7,所W光信号在 光网络408中的传输不经过任何微环谐振器禪合，直接传输到输出端口 2;
[0065] 步骤4,光信号通过解调器406解调，将光信号转换为电信号，传输到存储系统中的 Rank0407，进行一系列存储操作；
[0066] 步骤5,存储系统RankO在传输响应信号返回核1时，首先控制打开谐振波长为入7的 微环谐振器409,禪合波长为A7的光波进行调制405;
[0067] 步骤6,存储系统控制打开第一组的微环谐振器410,将光信号禪合到第一组光网 络进行传输，在光网络中不经过任何微环谐振器的禪合后直接传输到输出端口，随后经过 解调器406解调将光信号转换为电信号，最终发送到核1。
[0068] 本发明仿真实验采用DRAMSim2仿真软件仿真了 S种应用的真实流量(基于PARSEC 评估标准），对比各种流量在传统电总线互连结构下和新的片上光网络互连结构下传输功 耗、时延等性能；图5(a)横坐标为=种不同应用，每种应用在电互连结构和光互连结构两种 不同结构下的对比，纵坐标为总功耗/W，代表在两种互连结构下核与存储系统通信的最大 功耗，通过对比计算光片上光网络结构下的整体功耗平均降低了86.25%;图5(b)横坐标为 =种不同应用，每种应用有电互连结构和光互连结构两种不同结构下的对比，纵坐标为平 均时延/ns,代表在两种互连结构下核与存储系统通信相同化ace个数的平均时延，通过对 比计算片上光网络结构下通信平均时延降低54.05%;图5(c)横坐标为=种不同应用，每种 应用有电互连结构和光互连结构两种不同结构下的对比，纵坐标为最大时延/ns,代表在两 种互连结构下核与存储系统通信相同trace个数时，某个trace完成一次核与存储完整通信 产生的最大时延，通过对比计算片上光网络结构下通信最大时延降低47.90%。
【主权项】
1. 一种基于微环谐振器的存储互连光网络架构，其特征在于：包括自上而下依次设置 的散热层（101)，第二光层（102)，第一光层（103)，激光层（104)以及电层（105); 所述的电层（105)上设置有若干组处理器核（109)以及存储系统的Rank，所述的第二光 层（102)和第一光层（103)上均设置有若干组与处理器核（109)位置对应的光网络;所述的 第二光层（102)包括从存储系统到核的光网络，第一光层（103)包括从核到存储系统的光网 络;所述的电层（105)，第二光层（102)和第一光层（103)上均设置有处理器核端TSV接入点 (106)，第二光层（102)和第一光层（103)上设置有存储系统端TSV接入点（108);所述的电层 (105)分别与第二光层（102)和第一光层（103)通过TSV线（107)连接。2. 根据权利要求1所述的基于微环谐振器的存储互连光网络架构，其特征在于:所述电 层（105)上设置有64个处理器核（109)以及4个存储系统的Rank，所述64个处理器核（109)被 分为16组，且每组4个处理器核（109)使用同一个光网络与存储系统的Rank通信，所述的每 个处理器核（109)与处理器核端TSV接入点（106)之间都设置有输入及输出两根数据线，通 过TSV线（107)对应连接第二光层（102)和第一光层（103)。3. 根据权利要求2所述的基于微环谐振器的存储互连光网络架构，其特征在于:所述第 二光层（102)和第一光层（103)上均设置有16个光网络，所述16个光网络被分4排，每排4个 光网络，且每个光网络的位置与电层上每组处理器核对应。4. 根据权利要求1或3所述的基于微环谐振器的存储互连光网络架构，其特征在于:所 述第二光层（102)每个光网络的输出端连接到处理器核端TSV接入点（106)，每个光网络输 入端连接到存储系统端TSV接入点（108);所述第一光层（103)每个光网络的输入端连接到 处理器核端TSV接入点（106)，每个光网络输出端连接到存储系统端TSV接入点（108)。5. 根据权利要求1所述的基于微环谐振器的存储互连光网络架构，其特征在于:所述的 光网络包括了四个输入端口（203)、四个输出端口（204)、四根在硅衬底上刻蚀的光波导 (202)和六个在硅衬底上刻蚀的微环谐振器(201);光网络的四个输入端口（203)自下而上 分别为输入端口 11、输入端口 12、输入端口 13和输入端口 14，分别与同组的处理器核对应连 接;光网络的四个输出端口（204)自上而下分别为输出端口02、输出端口(h、输出端口〇4和输 出端口 〇3，分别与存储系统的Rank对应连接，每组光网络的输出端口 02都连接存储系统的 RankO，每组光网络的输出端口 0!都连接存储系统的Rankl，每组光网络的输出端口 〇4都连接 存储系统的Rank2，每组光网络的输出端口 03都连接存储系统的Rank3;四根在硅衬底上刻 蚀的光波导（202)通过弯曲交叉排布，与六个在硅衬底上刻蚀的微环谐振器(201)共同组成 六个光平行开关结构，使不同波长光信号从四个输入端口分别到四个输出端口互不干扰。6. 根据权利要求1所述的基于微环谐振器的存储互连光网络架构，其特征在于:所述的 处理器核（109)与存储系统的Rank之间使用不同的波长通信。7. -种权利要求1所述基于微环谐振器的存储互连光网络架构的通信方法，其特征在 于： 步骤1，激光源发射光波经过功率分配装置被分配到每个处理器核组，每个处理器核 (109)根据需要通信的Rank编号选择相应的通信波长，处理器核（109)耦合相应波长的光 波； 步骤2,将处理器核需要发送的电信号转换成光信号，使光波携带所要发送信息； 步骤3,携带信息的光信号经过光网络中光波导的传输发送到存储系统端，或者经过光 网络中光波导的传输并且耦合之后发送到存储系统端； 步骤4,光信号通过解调转换为电信号，传输到存储系统的Rank中； 步骤5,存储系统在传输响应信号返回处理器核时，耦合相应的波长并进行调制； 步骤6,存储系统将光信号耦合到当前通信处理器核（109)所在组的光网络进行传输， 处理器核（109)端经过解调，将光信号转换为电信号，最终将响应信号发送到处理器核 (109)。8. 根据权利要求7所述基于微环谐振器的存储互连光网络架构的通信方法，其特征在 于:通过微环谐振器(201)进行耦合。9. 根据权利要求7所述基于微环谐振器的存储互连光网络架构的通信方法，其特征在 于:所述的光波通过调制器将电信号转换成光信号。
【专利摘要】一种基于微环谐振器的存储互连光网络架构及其通信方法，网络架构包括自上而下依次设置的散热层，第二光层，第一光层，激光层以及电层；电层上设置若干组处理器核以及存储系统的Rank，光层上设置若干组光网络；电层与光层通过TSV线连接。通信方法包括将发射光波分配到每个处理器核组，处理器核选择相应通信波长；将需要发送的电信号转换成光信号，使光波携带所要发送信息，经过光网络传输发送到存储系统端；光信号解调为电信号，传输到存储系统的Rank中；响应信号返回时，耦合相应波长调制；处理器核端将光信号转换为电信号，再发送到处理器核。本发明降低了网络传输功耗，减少了访存的总平均功耗。
【IPC分类】H04Q11/00
【公开号】CN105635861
【申请号】CN201511030629
【发明人】顾华玺, 王玥, 王琨, 杨银堂, 王康, 齐世雄
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月31日