大規(guī)模并行處理系統(tǒng)光互連網(wǎng)絡(luò)研究.pdf

1、信息化時(shí)代的今天，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸、處理及存儲(chǔ)系統(tǒng)高性能的追求杳無止境。微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展使得單個(gè)芯片的功能和性能不斷提高，電互連因其所固有的物理特性已經(jīng)不能滿足日益增長的芯片間互連帶寬和密度的需求，成為制約各種高速信息系統(tǒng)（大規(guī)模并行處理系統(tǒng)、核心交換機(jī)等）性能進(jìn)一步提升的關(guān)鍵因素。互連危機(jī)的凸現(xiàn)迫使人們不得不站在互連的角度去考慮高速信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。 基于點(diǎn)到點(diǎn)高速互連的大規(guī)模并行處理系統(tǒng)，其互連網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵為物理

2、連接的實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)交叉連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)交叉連接節(jié)點(diǎn)的相互連接關(guān)系。 本文以大規(guī)模并行處理系統(tǒng)的光互連網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，就其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)交叉連接節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展方法、光交叉連接節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)以及基于光電混合印制線路板的芯片網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，并以可連接2<'15>個(gè)處理/存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的三級(jí)層次化混合互連網(wǎng)絡(luò)為例，詳細(xì)介紹了其芯間、板間以及柜間光互連的實(shí)現(xiàn)方法。 針對(duì)大規(guī)模并行處理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出采用層次化擴(kuò)展的方法獲取靜態(tài)特性更優(yōu)的

3、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并以全互連網(wǎng)絡(luò)和超方網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)擴(kuò)展得到四種節(jié)點(diǎn)度數(shù)一致的規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：多級(jí)全互連網(wǎng)絡(luò)、多級(jí)超方網(wǎng)絡(luò)、基于全互連網(wǎng)絡(luò)的超方網(wǎng)絡(luò)以及基于超方網(wǎng)絡(luò)的全互連網(wǎng)絡(luò)。為進(jìn)一步減小網(wǎng)絡(luò)成本，提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，提出了用交叉連接節(jié)點(diǎn)取代多級(jí)全互連網(wǎng)絡(luò)中最底層的全互連結(jié)構(gòu)構(gòu)建層次化混合全互連網(wǎng)絡(luò)。層次化混合全互連網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)度數(shù)和網(wǎng)絡(luò)直徑僅取決于網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)，而與網(wǎng)絡(luò)規(guī)模無關(guān)，具有很好的可擴(kuò)展性，其網(wǎng)絡(luò)成本較多級(jí)全互連網(wǎng)絡(luò)更低。 研究了大規(guī)

4、模網(wǎng)絡(luò)交叉連接節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展方法，提出了通過組合網(wǎng)絡(luò)連接小規(guī)模交叉連接節(jié)點(diǎn)以構(gòu)成大規(guī)模交叉連接節(jié)點(diǎn)的基本原理，并嘗試給出了一種規(guī)格為C(2N;N;N)、四種規(guī)格為C(2k；2<'k-1>；2<'k-1>)的無阻塞組合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法。鑒于光互連中允許存在一定的阻塞以降低成本的現(xiàn)狀，給出了一種低成本、低阻塞、路由控制簡單、規(guī)格為C(2k；2<'k-1>；2<'k-1>)的組合網(wǎng)絡(luò)，并就其控制算法和阻塞特性進(jìn)行了分析。 結(jié)果表明，在所有輸

5、入端連接到其后兩個(gè)交換結(jié)構(gòu)P(2<'k-1>；2<'k-1>)的概率相同的情況下，所提出的阻塞性組合網(wǎng)絡(luò)的平均阻塞概率小于7.06％。 介紹了可用于大規(guī)模并行處理系統(tǒng)光互連網(wǎng)絡(luò)中的光交叉連接器，并提出了一種基于布拉格光柵和馬赫－曾德干涉儀的2 ×2 波長選擇交叉連接器。該波長選擇交叉連接器由一個(gè)基于周期性布拉格光柵的馬赫－曾德干涉儀、一對(duì)光波導(dǎo)、一對(duì)1×2 光開關(guān)和一對(duì)Y形合波器構(gòu)成，所有器件均可由波導(dǎo)器件實(shí)現(xiàn)，便于實(shí)現(xiàn)集成。