CN107888996B - 片上光网络拓扑结构的调整方法及装置 - Google Patents

片上光网络拓扑结构的调整方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107888996B
CN107888996B CN201710996570.4A CN201710996570A CN107888996B CN 107888996 B CN107888996 B CN 107888996B CN 201710996570 A CN201710996570 A CN 201710996570A CN 107888996 B CN107888996 B CN 107888996B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical switch
replacement
optical network
routing
chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710996570.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107888996A (zh
Inventor
周挺
贾浩
邵斯竹
杨林
张磊
丁建峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN201710996570.4A priority Critical patent/CN107888996B/zh
Publication of CN107888996A publication Critical patent/CN107888996A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107888996B publication Critical patent/CN107888996B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L49/00—Packet switching elements
    • H04L49/10—Packet switching elements characterised by the switching fabric construction
    • H04L49/109—Integrated on microchip, e.g. switch-on-chip
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0062—Network aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • H04Q2011/0052—Interconnection of switches
    • H04Q2011/0058—Crossbar; Matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0062—Network aspects
    • H04Q2011/009—Topology aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本公开提供了一种片上光网络拓扑结构的调整方法，包括：确定片上光网络拓扑结构的原始路由状态数，片上光网络拓扑结构包括多个光开关单元；将光开关单元中的一待调整光开关单元替换为替换波导，比较原始路由状态数和替换后路由状态数，若相等，则将待调整光开关单元替换为替换波导；若不相等，则保留待调整光开关单元，直至依次遍历所有待调整光开关单元。本公开还提供了一种对应的装置。本公开通过比较原始路由状态数和替换后路由状态数，判断每个光开关单元是否可以被优化，并用结构简单的交叉或者直通波导来代替光开关单元，从而完成对片上网络拓扑结构的优化，通过减少光开关单元的个数，能够显著地降低片上网络的功耗，降低系统复杂度。

Description

片上光网络拓扑结构的调整方法及装置
技术领域
本公开涉及片上光互联与集成光学技术领域，尤其涉及一种片上光网络拓扑结构的调整方法及装置。
背景技术
近年来，因为提升主频对于处理器性能的提升已经达到瓶颈，性能继续提升依赖于多核并行处理构架的发展，因而处理器核心之间的高效通信十分重要。处理器核心数量较多时，总线带宽开始限制多核心通信效率，多核心之间采用片上光网络进行通信开始被研究，片上光网络因具有低功耗、低延时、高带宽的特性，有望成为下一代片上互联网络的技术方案。因而如何优化片上光网络成为一个重要的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开的目的在于提供一种片上光网络拓扑结构的调整方法及装置，以解决上述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本公开的一方面，提供了一种片上光网络拓扑结构的调整方法，包括：
确定片上光网络拓扑结构的原始路由状态数，其中，所述片上光网络拓扑结构包括多个光开关单元；以及
将所述光开关单元中的一待调整光开关单元替换为替换波导，并确定替换后路由状态数，比较所述原始路由状态数和替换后路由状态数，若相等，则将该待调整光开关单元替换为替换波导；若不相等，则保留该待调整光开关单元，直至依次遍历所有待调整光开关单元。
在本公开的一些实施例中，所述替换波导为交叉波导或者直通波导。
在本公开的一些实施例中，确定片上光网络拓扑结构的原始路由状态数之前，还包括步骤：沿一预定方向划分所述片上光网络拓扑结构，得到一个多级级联的光开关。
在本公开的一些实施例中，所述多级级联的光开关为Spanke-Benes结构。
在本公开的一些实施例中，对于具有N个端口的片上光网络的端口，该片上光网络拓扑结构的原始路由状态数为N！，替换后路由状态数小于等于N！。
在本公开的一些实施例中，确定替换后路由状态数，包括步骤：
对各级的光开关单元和替换波导进行矩阵化，遍历各级光开关单元和替换波导的状态矩阵，确定各级路由状态矩阵；
将第二级路由状态矩阵与第一级路由状态矩阵相乘，得到第一结果，剔除第一结果中重复的矩阵，得到第一矩阵；以及
将第三路由状态矩阵与该第一矩阵相乘，得到第二结果，剔除第二结果中重复的矩阵，得到第二矩阵，直至遍历最后一级路由状态矩阵，确定替换后路由状态数。
在本公开的一些实施例中，各级光开关单元的数目小于等于N/2，所述光开关单元的状态矩阵为
Figure BDA0001438516230000021
或者
Figure BDA0001438516230000022
交叉波导的状态矩阵为
Figure BDA0001438516230000023
直通波导的状态矩阵为
Figure BDA0001438516230000024
各级光开关单元和替换波导的状态矩阵从上至下沿对角线排列，其余位置置0，以确定各级路由状态矩阵，且各级路由状态矩阵为N×N矩阵。
在本公开的一些实施例中，所述光网络拓扑结构基于磷化铟衬底或者硅衬底。
本公开的另一方面，还提供了一种片上光网络拓扑结构的调整装置，包括：
存储器，用于存储操作指令；以及
处理器，用于根据所述操作指令执行前述片上光网络拓扑结构的调整方法。
(三)有益效果
本公开的片上光网络拓扑结构的调整方法及装置，相较于现有技术，至少具有以下优点：
1、可以将片上光网络中的一部分光开关单元用交叉波导或者直通波导代替，在不影响该片上光网络能实现的路由功能的同时，能够大大降低片上光网络的功耗和规模复杂度；
2、将片上光网络拓扑结构划分得到一个多级级联的光开关，并对多级光开关单元和替换波导矩阵化，能够快速确定替换后的替换后路由状态数。
附图说明
图1为本公开实施例的片上光网络拓扑结构的调整方法的步骤示意图。
图2A为本公开一具体实施例的调整之前的片上光网络拓扑结构的示意图。
图2B为本公开一具体实施例的调整之后的片上光网络拓扑结构的示意图。
图3为本公开实施例的片上光网络拓扑结构的调整装置的结构示意图。
具体实施方式
基于现有技术的片上光网络结构的光开关单元的数目较多，存在功耗大、结构复杂的技术缺陷，本公开提供了一种片上光网络拓扑结构的调整方法及装置，先确定片上光网络拓扑结构的原始路由状态数，其中，所述片上光网络拓扑结构包括多个光开关单元，再将所述光开关单元中的一待调整光开关单元替换为替换波导，并确定替换后路由状态数，比较所述原始路由状态数和替换后路由状态数，若相等，则将该待调整光开关单元替换为替换波导；若不相等，则保留该待调整光开关单元，直至依次遍历所有待调整光开关单元。如此，便可以在不影响该片上光网络能实现的路由功能的同时，大大降低了片上光网络的功耗和规模复杂度。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开的一方面，提供了一种片上光网络拓扑结构的调整方法，图1为本公开实施例的片上光网络拓扑结构的调整方法的步骤示意图，如图1所示，该调整方法包括以下步骤：
步骤1、确定片上光网络拓扑结构的原始路由状态数，其中，所述片上光网络拓扑结构包括多个光开关单元；所述光网络拓扑结构基于InP(磷化铟)衬底或者硅衬底。
步骤2、将所述光开关单元中的一待调整光开关单元替换为替换波导，并确定替换后路由状态数，比较所述原始路由状态数和替换后路由状态数，若相等，则将该待调整光开关单元替换为替换波导；若不相等，则保留该待调整光开关单元，直至依次遍历所有待调整光开关单元。其中，替换波导为交叉波导或者直通波导。
为了快速准确地确定替换之后的替换后路由状态数，本公开实施例在步骤1之前还可以增加步骤0、沿一预定方向划分所述片上光网络拓扑结构，得到一个多级级联的光开关，在该光开关的每一级中，光开关单元的数目不一定一致，各级的光开关单元可以按照不同的位置排列。在本实施例中，该预定方向为列方向，每一级指每一列。优选地，所述多级级联的光开关为Spanke-Benes结构。
确定替换后路由状态数，具体包括子步骤：
步骤11、对各级的光开关单元和替换波导进行矩阵化，遍历各级光开关单元和替换波导的状态矩阵，确定各级路由状态矩阵。
对于有N个端口的片上光网络拓扑结构，各级光开关单元的数目小于等于N/2，所述光开关单元的状态矩阵为单位矩阵
Figure BDA0001438516230000041
或者转换矩阵
Figure BDA0001438516230000042
交叉波导的状态矩阵为
Figure BDA0001438516230000043
直通波导的状态矩阵为
Figure BDA0001438516230000044
各级光开关单元和替换波导的状态矩阵从上至下沿对角线排列，其余位置置0，以确定各级路由状态矩阵，且各级路由状态矩阵为N×N矩阵。
图2A为本公开一具体实施例的调整之前的片上光网络拓扑结构的示意图，如图2A所示，该片上光网络拓扑结构包括8级级联的光开关单元，有N＝8个端口，分别对应I1～I8八个输入，经过该片上光网络拓扑结构，这八个输入会从O1～O8输出，各输入与输出的对应关系与光开关单元的状态矩阵有关。需要注意的是，第二列中，只有三个光开关单元，第二列路由状态矩阵中对角线的第一位和最后一位记1。举例来说，光开关单元S5、S6和S7的状态矩阵为
Figure BDA0001438516230000051
和
Figure BDA0001438516230000052
此时，第二列路由状态矩阵为
Figure BDA0001438516230000053
步骤12、将第二级路由状态矩阵与第一级路由状态矩阵相乘，得到第一结果，剔除第一结果中重复的矩阵，得到第一矩阵。
步骤13、将第三路由状态矩阵与该第一矩阵相乘，得到第二结果，剔除第二结果中重复的矩阵，得到第二矩阵，直至遍历最后一级路由状态矩阵，确定替换后路由状态数。也就是说，将后一级路由状态矩阵乘以之前的所有路由状态矩阵的乘积，直至遍历至最后一级。
对于具有N个端口的片上光网络的端口，该片上光网络拓扑结构的原始路由状态数为N的阶乘(N！)，替换后路由状态数小于等于N！。当替换后路由状态数小于原始路由状态数时，该片上光网络为阻塞结构，当替换后路由状态数等于原始路由状态数时，该片上光网络为无阻塞结构。也就是说，在替换了光开关单元之后，只有当该片上光网络为无阻塞结构时，才能保留该替换开关，若该片上光网络为无阻塞结构，则保留原来的光开关单元，不作替换。
图2B为本公开一具体实施例的调整之后的片上光网络拓扑结构的示意图，如图2B所示，在本实施例中，能将光开关单元S5、S6、S7、S23和S24都替换为交叉波导。
需要注意的是，每次判断的待调整光开关单元的位置不同，优化后的片上光网络拓扑结构可不唯一，但是其优化后的光开关单元的总数目应保持一致。
本公开的另一方面，还提供了一种片上光网络拓扑结构的调整装置，图3为本公开实施例的片上光网络拓扑结构的调整装置的结构示意图，如图3所示，该调整装置包括：
存储器1，用于存储操作指令；以及
处理器2，用于根据存储器1中的操作指令执行前述的片上光网络拓扑结构的调整方法。
本公开提供的片上光网络拓扑结构的调整装置及方法，将片上光网络拓扑结构划分得到一个多级级联的光开关，并对光开关中各级的光开关单元和替换波导矩阵化，能够快速确定替换后的替换后路由状态数。之后再将片上光网络中的一部分光开关单元用交叉波导或者直通波导代替，在不影响该片上光网络能实现的路由功能的同时，能够大大降低片上光网络的功耗和规模复杂度。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种片上光网络拓扑结构的调整方法，包括：
确定片上光网络拓扑结构的原始路由状态数，其中，所述片上光网络拓扑结构包括多个光开关单元；以及
将所述光开关单元中的一待调整光开关单元替换为替换波导，并确定替换后路由状态数，比较所述原始路由状态数和替换后路由状态数，若相等，则将该待调整光开关单元替换为替换波导；若不相等，则保留该待调整光开关单元，直至依次遍历所有待调整光开关单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述替换波导为交叉波导或者直通波导。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定片上光网络拓扑结构的原始路由状态数之前，还包括步骤：沿一预定方向划分所述片上光网络拓扑结构，得到一个多级级联的光开关。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多级级联的光开关为Spanke-Benes结构。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，对于具有N个端口的片上光网络的端口，该片上光网络拓扑结构的原始路由状态数为N！，替换后路由状态数等于N！。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定替换后路由状态数，包括步骤：
对各级的光开关单元和替换波导进行矩阵化，遍历各级光开关单元和替换波导的状态矩阵，确定各级路由状态矩阵；
将第二级路由状态矩阵与第一级路由状态矩阵相乘，得到第一结果，剔除第一结果中重复的矩阵，得到第一矩阵；以及
将第三路由状态矩阵与该第一矩阵相乘，得到第二结果，剔除第二结果中重复的矩阵，得到第二矩阵，直至遍历最后一级路由状态矩阵，确定替换后路由状态数。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，各级光开关单元的数目小于等于N/2，所述光开关单元的状态矩阵为
Figure FDA0002570610610000021
或者
Figure FDA0002570610610000022
交叉波导的状态矩阵为
Figure FDA0002570610610000023
直通波导的状态矩阵为
Figure FDA0002570610610000024
各级光开关单元和替换波导的状态矩阵从上至下沿对角线排列，其余位置置0，以确定各级路由状态矩阵，且各级路由状态矩阵为N×N矩阵。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光网络拓扑结构基于磷化铟衬底或者硅衬底。
9.一种片上光网络拓扑结构的调整装置，包括：
存储器，用于存储操作指令；以及
处理器，用于根据所述操作指令执行如权利要求1至8任一所述的片上光网络拓扑结构的调整方法。
CN201710996570.4A 2017-10-19 2017-10-19 片上光网络拓扑结构的调整方法及装置 Active CN107888996B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710996570.4A CN107888996B (zh) 2017-10-19 2017-10-19 片上光网络拓扑结构的调整方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710996570.4A CN107888996B (zh) 2017-10-19 2017-10-19 片上光网络拓扑结构的调整方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107888996A CN107888996A (zh) 2018-04-06
CN107888996B true CN107888996B (zh) 2020-09-11

Family

ID=61782149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710996570.4A Active CN107888996B (zh) 2017-10-19 2017-10-19 片上光网络拓扑结构的调整方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107888996B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108828723A (zh) * 2018-06-15 2018-11-16 西安电子科技大学 基于波长和模式复用的微环谐振器光交换开关
CN112203169B (zh) * 2020-09-15 2022-08-09 武汉光迅科技股份有限公司 一种基于波导矩阵结构的光交换装置
CN115190382B (zh) * 2022-09-09 2022-12-06 之江实验室 一种基于Banyan网络拓扑的光交换路由装置和方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103262448A (zh) * 2010-09-13 2013-08-21 国立大学法人名古屋大学 光路网络的光终端装置
CN103986670A (zh) * 2014-04-24 2014-08-13 电子科技大学 一种光交换芯片性能的获取方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8594471B2 (en) * 2011-03-30 2013-11-26 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Adaptive waveguide optical switching system and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103262448A (zh) * 2010-09-13 2013-08-21 国立大学法人名古屋大学 光路网络的光终端装置
CN103986670A (zh) * 2014-04-24 2014-08-13 电子科技大学 一种光交换芯片性能的获取方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107888996A (zh) 2018-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107888996B (zh) 片上光网络拓扑结构的调整方法及装置
KR101703797B1 (ko) 벡터 소팅 알고리즘 및 다른 알고리즘들을 지원하기 위한 트리 구조를 갖춘 기능 유닛
US20200192701A1 (en) Multi-thread systolic array
KR900006792B1 (ko) 패킷 스위칭 노드용 로드 평형 회로장치
WO2019191741A1 (en) Execution control of a multi-threaded, self-scheduling reconfigurable computing fabric
KR20150100042A (ko) 3차원 다이 스택 디램에서의 가속 시스템
CN103970829A (zh) 用于tcam共享的架构
Zhang et al. An efficient mapping approach to large-scale dnns on multi-fpga architectures
CN113811859A (zh) 控制流屏障以及可重构数据处理器
Truppel et al. PSION: Combining logical topology and physical layout optimization for Wavelength-Routed ONoCs
WO2017007318A1 (en) Scalable computation architecture in a memristor-based array
US10476492B2 (en) Structures and operations of integrated circuits having network of configurable switches
Lasch et al. Bandwidth-optimal relational joins on FPGAs
Balkan et al. An area-efficient high-throughput hybrid interconnection network for single-chip parallel processing
CN113407238A (zh) 一种具有异构处理器的众核架构及其数据处理方法
JPH0630455A (ja) マトリクス検索ネットワーク
Mizutani et al. Accelerating parallel sort on tightly-coupled FPGAs enabled by onboard Si-photonics transceivers
KR101669356B1 (ko) 삼각형 열거를 위한 맵 리듀스 방법, 및 그 방법을 이용하는 장치들
JP2016206817A (ja) 電子制御装置
Aljundi et al. A study of an evaluation methodology for unbuffered multistage interconnection networks
CN114286368B (zh) 循环移位的实现方法与装置
CN108259108A (zh) 一种多节点服务器冗余同源时钟系统及时钟选择方法
Kang et al. The Era of Generative Artificial Intelligence: In-Memory Computing Perspective
JP2006085574A (ja) データ処理システムおよびその制御方法
WO2024099533A1 (en) Method and apparatus of a benes network reduction

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant