一种面向胖树型拓扑结构的光路由器制造技术

本发明专利技术公开了一种面向胖树型拓扑结构的光路由器，目的是减少所用微环，减小网络直径并减少阻塞。本发明专利技术由光交换阵列、光交换阵列控制逻辑和光交换阵列配置表组成；本发明专利技术采用的光交换阵列是面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列，该结构由3级子交换阵列组成，第一级子交换阵列由4个PSE1构成，第二级光交换阵列由4个PSE1和8个PSE2组成，第三级光交换阵列由4个PSE2构成；光交换阵列配置表是一个二维表，记录所有可行的光交换阵列配置状态；交换阵列控制逻辑由8个状态寄存器、1个配置寄存器、1个链路建立有限状态机和1个链路拆除有限状态机组成。采用本发明专利技术搭建胖树型拓扑结构时，网络直径较小，阻塞率较低，微环数量较少。

【技术实现步骤摘要】
一种面向胖树型拓扑结构的光路由器
本专利技术涉及硅基光电子领域的一种光学路由器，该结构可以用于搭建片上光网络的胖树型拓扑结构。
技术介绍
现代高性能微处理器的设计已经逐渐从“计算为中心”转向“通信为中心”，片上网络作为核间通信的基础设施，在微处理器设计中受到越来越多的重视。然而，以电互连为基础的传统片上网络已经很难满足高性能多核微处理器对片上网络延迟、带宽和功耗方面的严格要求。片上光网络作为一种新兴的片上网络技术能够减轻甚至消除传统电互连面临的延迟、带宽和功耗问题，为未来高性能微处理器片上网络的设计开辟了一条新的道路。各类片上光互连网络的共同特点在于它们都具有相同的基本功能单元。即传输链路、网关和光学路由器。其中，传输链路(即光波导)用于实现光信号在芯片内的传输；网关用于实现IP核与网络的连接，由激光器、调制器、探测器、放大器、驱动器等光电器件构成；光学路由器用于实现对光信号的路由，主要由光交换阵列和光交换阵列控制逻辑组成。各类片上光互连网络的不同之处主要在于所采用的拓扑结构。拓扑结构决定了片上光网络各个功能部件的连接方式，并在很大程度上决定了片上光网络的性能指标。在众多拓扑结构中，胖树型拓扑结构因为具有较好的可扩展性和较短的网络直径而受到体系结构设计者的广泛青睐。另外，在胖树型拓扑结构中，网络节点间的带宽自叶而根逐渐变大，可以有效的避免近根节点的拥塞问题。HuaxiGu等人公布了一种胖树型拓扑结构的4x4光路由器，采用该路由器可以构建胖树型拓扑结构，但是由于每个光路由器只有2个下行端口和2个上行端口，对于一个64结点的片上网络，网络直径为2log264＝12跳。如何进一步降低网络直径，以减少端到端延迟，一直是片上光互连网络设计所面临的重要问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的关键技术问题：提出一种面向胖树型拓扑结构的新型光路由器使得所用的微环数量较少，减小网络直径并尽量减少因微环或波导冲突而造成的阻塞。本专利技术的技术方案是：本专利技术由光交换阵列、光交换阵列控制逻辑和光交换阵列配置表组成，光交换阵列控制逻辑与光交换阵列、光交换阵列配置表、外部的电控制网络相连，光交换阵列配置表与光交换阵列控制逻辑相连。光交换阵列与光交换阵列控制逻辑相连。光交换阵列控制逻辑通过8个输入端口从电控制网络接收链路建立请求和链路拆除请求信号，经过读端口向光交换阵列配置表发出查表请求信号，并从光交换阵列配置表接收查表响应信号，从查表响应信号中获取配置信息，并计算出光交换阵列的配置向量，将配置向量通过32位光开关控制信号线发送给光交换阵列。光交换阵列是面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列，面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列由微环和光波导构成，微环可以动态改变谐振频率以实现对特定波长光信号的交换。光交换阵列控制逻辑由链路建立有限状态机和链路拆除有限状态机构成，链路建立有限状态机在建立链路阶段正确地配置光交换阵列的工作状态，链路拆除有限状态机在链路拆除阶段正确地修改光交换阵列的配置状态。光交换阵列配置表是一个保存光交换阵列配置向量的只读存储器(Read-Only-Memory,ROM)，其内容在网络设计之初便已经确定并且固化在ROM中，在使用过程中其内容不发生变化。面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列由3级子光交换阵列组成，子光交换阵列之间通过光波导相连。每一级子光交换阵列都是由若干个1×2光开关(简称PSE1)和2×2光开关(简称PSE2)构成。PSE1和PSE2均由两根互连交叉的光波导以及用于实现转向功能的微环构成，其中，PSE1中的微环位于输入端口PSE1_I1和输出端口PSE1_O2之间，PSE2中的2个微环分别位于输入端口PSE2_I1、输出端口PSE2_O2和输入端口PSE2_I2以及输出端口PSE2_O1之间，其光波导和微环的制作均采用标准工艺。第一级子光交换阵列与端口P1、P2、P3、P4及第二级子光交换阵列相连，第三级子光交换阵列与端口P5、P6、P7、P8及第二级子光交换阵列相连。每个端口均包含一根输入光波导和一根输出光波导，用于实现双向的数据传输。第一级子光交换阵列由4个PSE1构成，共分为两组。每一组中两个PSE1间相互交叉的光波导夹角均为90°。该级子光交换阵列实现了P1、P2、P3、P4端口间的光交换。其中，第一组由第一1×2光开关PSE1-1和第三1×2光开关PSE1-3构成，用于实现端口P1和P2之间的光交换；第二组由第二1×2光开关PSE1-2和第四1×2光开关PSE1-4构成，用于实现P3和P4端口间的光交换。两组之间相互独立，没有连接关系。端口P2的输入连接到PSE1-1的输入端口PSE1_I1，端口P1的输出连接到PSE1-1的输出端口PSE1_O2，PSE1-1的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别连接到PSE2-1的输入端口PSE2_I1和PSE2-2的输出端口PSE2_O1。端口P1的输入连接到PSE1-3的输入端口PSE1_I1，端口P2的输出连接到PSE1-3的输出端口PSE1_O2，PSE1-3的输入端口PSE1_I2、输出端口PSE1_O1分别连接到PSE2-2的输出端口PSE2_O2和PSE2-1的输入端口PSE2_I2。端口P4的输入连接到PSE1-2的输入端口PSE1_I1，端口P3的输出连接到PSE1-2的输出端口PSE1_O2，PSE1-2的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别连接到PSE2-3的输入端口PSE2_I1和PSE2-4的输出端口PSE2_O1。端口P3的输入连接到PSE1-4的输入端口PSE1_I1，端口P4的输出连接到PSE1-4的输出端口PSE1_O2，PSE1-4的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别连接到PSE2-3的输入端口PSE2_I2和PSE2-4的输出端口PSE2_O2。第二级子光交换阵列由4个PSE1和8个PSE2组成，与第一级子光交换阵列和第三级子光交换阵列均相连，实现第一级光交换阵列和第三级光交换阵列之间的光交换。第一2×2光开关PSE2-1的输出端口PSE2_O2、输出端口PSE2_O1分别与第七1×2光开关PSE1-7的输入端口PSE1_I1和第五2×2光开关PSE2-5的输入端口PSE2_I1相连，第二2×2光开关PSE2-2的输入端口PSE2_I1、PSE2_I2分别与第五1×2光开关PSE1-5的输出端口PSE1_O2和第六2×2光开关PSE2-6的输出端口PSE2_O2相连；第三2×2光开关PSE2-3的输出端口PSE2_O1、PSE2_O2分别与第六1×2光开关PSE1-6的输入端口PSE1_I1和第五2×2光开关PSE2-5的输入端口PSE2_I2相连；第四2×2光开关PSE2-4的输入端口PSE2_I1、PSE2_I2分别与第六2×2光开关PSE2-6的输出端口PSE2_O1和第八1×2光开关PSE1-8的输出端口PSE1_O2相连。第五2×2光开关PSE2-5的输出端口PSE2_O1、PSE2_O2分别与第八1×2光开关PSE1-8的输入端口PSE1_I1和第五1×2光开关PSE1-5的输入端口PSE1_I1相连，第六2×2光开关PSE2-6的输入端口PSE2_I1、PSE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向胖树型拓扑结构的光路由器，其特征在于面向胖树型拓扑结构的光路由器由光交换阵列、光交换阵列控制逻辑和光交换阵列配置表组成，光交换阵列控制逻辑与光交换阵列、光交换阵列配置表、外部的电控制网络路由器相连，光交换阵列配置表与光交换阵列控制逻辑相连；光交换阵列与光交换阵列控制逻辑相连；光交换阵列控制逻辑通过8个输入端口从电控制网络路由器接收链路建立请求和链路拆除请求信号，经过读端口向光交换阵列配置表发出查表请求信号，并从光交换阵列配置表接收查表响应信号，从查表响应信号中获取配置信息，并计算出光交换阵列的配置向量，将配置向量通过L位光开关控制信号线发送给光交换阵列，L为正整数；所述光交换阵列是面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列，面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列由3级子交换阵列组成，子交换阵列之间通过光波导相连；每一级子交换阵列都是由若干个1×2光开关即PSE1和2×2光开关即PSE2构成；第一级光交换阵列与端口P1、P2、P3、P4和第二级光交换阵列相连，第三级光交换阵列与端口P5、P6、P7、P8和第二级光交换阵列相连；第一级光交换阵列由4个PSE1构成，共分为两组，每一组中两个PSE1间相互交叉的光波导夹角均为90°，该级子光交换阵列实现P1、P2、P3、P4端口间的光交换；第一组由第一1×2光开关PSE1‑1和第三1×2光开关PSE1‑3构成，用于实现端口P1和P2之间的光交换；第二组由第二1×2光开关PSE1‑2和第四1×2光开关PSE1‑4构成，用于实现P3和P4端口间的光交换；端口P2的输入连接到PSE1‑1的输入端口PSE1_I1，端口P1的输出连接到PSE1‑1的输出端口PSE1_O2，PSE1‑1的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别接连到PSE2‑1的输入端口PSE2_I1和PSE2‑2的输出端口PSE2_O1；端口P1的输入连接到PSE1‑3的输入端口PSE1_I1，端口P2的输出连接到PSE1‑3的输出端口PSE1_O2，PSE1‑3的输入端口PSE1_I2、输出端口PSE1_O1分别接连到PSE2‑2的输出端口PSE2_O2和PSE2‑1的输出端口PSE2_I2；端口P4的输入连接到PSE1‑2的输入端口PSE1_I1，端口P3的输出连接到PSE1‑2的输出端口PSE1_O2，PSE1‑2的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别接连到PSE2‑3的输入端口PSE2_I1和PSE2‑4的输出端口PSE2_O1；端口P3的输入连接到PSE1‑4的输入端口PSE1_I1，端口P4的输出连接到PSE1‑4的输出端口PSE1_O2，PSE1‑4的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别接连到PSE2‑3的输入端口PSE2_I2和PSE2‑4的输出端口PSE2_O2；第二级光交换阵列由4个PSE1和8个PSE2组成，与第一级光交换阵列和第三级光交换阵列均相连；第一2×2光开关PSE2‑1的输出端口PSE2_O2、输出端口PSE2_O1分别与第七1×2光开关PSE1‑7的输入端口PSE1_I1和第五2×2光开关PSE2‑5的输入端口PSE2_I1相连，第二2×2光开关PSE2‑2的输入端口PSE2_I1、PSE2_I2分别与第五1×2光开关PSE1‑5的输出端口PSE1_O2和第六2×2光开关PSE2‑6的输出端口PSE2_O2相连；第三2×2光开关PSE2‑3的输出端口PSE2_O1、PSE2_O2分别与第六1×2光开关PSE1‑6的输入端口PSE1_I1和第五2×2光开关PSE2‑5的输入端口PSE2_I2相连；第四2×2光开关PSE2‑4的输入端口PSE2_I1、PSE2_I2分别与第六2×2光开关PSE2‑6的输出端口PSE2_O1和第八1×2光开关PSE1‑8的输出端口PSE1_O2相连；第五2×2光开关PSE2‑5的输出端口PSE2_O1、PSE2_O2分别与第八1×2光开关PSE1‑8的输入端口PSE1_I1和第五1×2光开关PSE1‑5的输入端口PSE1_I1相连，第六2×2光开关PSE2‑6的输入端口PSE2_I1、PSE2_I2分别与第七1×2光开关PSE1‑7的输出端口PSE1_O2和第六1×2光开关PSE1‑6的输出端口PSE1_O2相连；第五1×2光开关PSE1‑5的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别与第九2×2光开关PSE2‑9的输入端口PSE2_I1和第八2×2光开关PSE2‑8的输出端口PSE2_O1相连，第六1×2光开关PSE1‑6的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别与第七2×2光开关PSE2‑7的输入端口PSE2_I2和第十二2×2光开关PSE2‑12的输出端口PSE2_O1相连；第七1×2光开关PSE1‑7的...

【技术特征摘要】
2013.05.15 CN 201310181257.71.一种面向胖树型拓扑结构的光路由器，其特征在于面向胖树型拓扑结构的光路由器由光交换阵列、光交换阵列控制逻辑和光交换阵列配置表组成，光交换阵列控制逻辑与光交换阵列、光交换阵列配置表、外部的电控制网络路由器相连，光交换阵列配置表与光交换阵列控制逻辑相连；光交换阵列与光交换阵列控制逻辑相连；光交换阵列控制逻辑通过8个输入端口从电控制网络路由器接收链路建立请求和链路拆除请求信号，经过读端口向光交换阵列配置表发出查表请求信号，并从光交换阵列配置表接收查表响应信号，从查表响应信号中获取配置信息，并计算出光交换阵列的配置向量，将配置向量通过L位光开关控制信号线发送给光交换阵列，L为正整数；所述光交换阵列是面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列，面向胖树型拓扑结构的8×8光交换阵列由3级子光交换阵列组成，子光交换阵列之间通过光波导相连；每一级子光交换阵列都是由若干个1×2光开关即PSE1和2×2光开关即PSE2构成；第一级子光交换阵列与端口P1、P2、P3、P4和第二级子光交换阵列相连，第三级子光交换阵列与端口P5、P6、P7、P8和第二级子光交换阵列相连；第一级子光交换阵列由4个PSE1构成，共分为两组，每一组中两个PSE1间相互交叉的光波导夹角均为90°，该级子光交换阵列实现P1、P2、P3、P4端口间的光交换；第一组由第一1×2光开关PSE1-1和第三1×2光开关PSE1-3构成，用于实现端口P1和P2之间的光交换；第二组由第二1×2光开关PSE1-2和第四1×2光开关PSE1-4构成，用于实现P3和P4端口间的光交换；端口P2的输入连接到PSE1-1的输入端口PSE1_I1，端口P1的输出连接到PSE1-1的输出端口PSE1_O2，PSE1-1的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别连接到PSE2-1的输入端口PSE2_I1和PSE2-2的输出端口PSE2_O1；端口P1的输入连接到PSE1-3的输入端口PSE1_I1，端口P2的输出连接到PSE1-3的输出端口PSE1_O2，PSE1-3的输入端口PSE1_I2、输出端口PSE1_O1分别连接到PSE2-2的输出端口PSE2_O2和PSE2-1的输入端口PSE2_I2；端口P4的输入连接到PSE1-2的输入端口PSE1_I1，端口P3的输出连接到PSE1-2的输出端口PSE1_O2，PSE1-2的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别连接到PSE2-3的输入端口PSE2_I1和PSE2-4的输出端口PSE2_O1；端口P3的输入连接到PSE1-4的输入端口PSE1_I1，端口P4的输出连接到PSE1-4的输出端口PSE1_O2，PSE1-4的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别接连到PSE2-3的输入端口PSE2_I2和PSE2-4的输出端口PSE2_O2；第二级子光交换阵列由4个PSE1和8个PSE2组成，与第一级子光交换阵列和第三级子光交换阵列均相连；第一2×2光开关PSE2-1的输出端口PSE2_O2、输出端口PSE2_O1分别与第七1×2光开关PSE1-7的输入端口PSE1_I1和第五2×2光开关PSE2-5的输入端口PSE2_I1相连，第二2×2光开关PSE2-2的输入端口PSE2_I1、PSE2_I2分别与第五1×2光开关PSE1-5的输出端口PSE1_O2和第六2×2光开关PSE2-6的输出端口PSE2_O2相连；第三2×2光开关PSE2-3的输出端口PSE2_O1、PSE2_O2分别与第六1×2光开关PSE1-6的输入端口PSE1_I1和第五2×2光开关PSE2-5的输入端口PSE2_I2相连；第四2×2光开关PSE2-4的输入端口PSE2_I1、PSE2_I2分别与第六2×2光开关PSE2-6的输出端口PSE2_O1和第八1×2光开关PSE1-8的输出端口PSE1_O2相连；第五2×2光开关PSE2-5的输出端口PSE2_O1、PSE2_O2分别与第八1×2光开关PSE1-8的输入端口PSE1_I1和第五1×2光开关PSE1-5的输入端口PSE1_I1相连，第六2×2光开关PSE2-6的输入端口PSE2_I1、PSE2_I2分别与第七1×2光开关PSE1-7的输出端口PSE1_O2和第六1×2光开关PSE1-6的输出端口PSE1_O2相连；第五1×2光开关PSE1-5的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别与第九2×2光开关PSE2-9的输入端口PSE2_I1和第八2×2光开关PSE2-8的输出端口PSE2_O1相连，第六1×2光开关PSE1-6的输出端口PSE1_O1、输入端口PSE1_I2分别与第七2×2光开关PSE2-7的输入端口PSE2_I2和第十二2×2光开关PSE2-12的输出端口PSE2_O2相连；第七1×2光开关PSE1-7的输入端口PSE1_I2、输出端口PSE1_O1分别与第十2×2光开关PSE2-10的输出端口PSE2_O2和第七2×2光开关PSE2-7的输入端口PSE2_I1相连，第八1×2光开关PSE1-8的输入端口PSE1_I2、输出端口PSE1_O1分别与第八2×2光开关PSE2-8的输出端口PSE2_O2和第十一2×2光开关PSE2-11的输入端口PSE2_I1相...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦强，李宝亮，冯权友，韩岗，王俊辉，鲁佳，周乐文，彭超，任双印，何磊，孙家辉，苏醒，任斌，郭龙飞，叶进，覃晨，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43