3D片上光网络中的路由与流量疏导机制研究

The limited transmission rate and bandwidth-proportional power consumption of circuit switching will become the bottleneck of performance improvement for network on chip. Since optical transmission power consumption is unrelated with data bit rate, and the optical waveguide has low loss and high bandwidth, the Optical Network-on-Chip (ONoC) has attained extensive attentions. But with the increasing number of IP cores on chip, the multi-core communication conflicts become increasingly serious, so the two-dimension (2D) topology is unlikely to mitigate this problem. To this end, the industry and academia put forward 3D ONoCs. Since this ONoC architecture possibly has severe chip-resource wastes and poor reliability, it is necessary to study optimization mechanisms for it. Our proposal mainly studies routing and traffic grooming methods required by 3D ONoCs, mainly including: application-oriented topology modeling principle, directed-graph-based joint routing algorithm and wavelength-allocation-matrix-based traffic grooming mechanism. To conduct this research will lay a solid theoretical basis for the future optimization technologies for 3D ONoCs. The expected research results of this proposal mainly include published or accepted more than 10 SCI indexed papers, more than 5 high-level meeting papers, and more than 3 national invention patents.

电交换的有限传输速率以及与带宽成正比的功耗都将成为片上网络性能提升的瓶颈。由于光传输功耗与数据位速率无关，同时光波导具有低损耗性和高带宽，片上光网络倍受关注。随着片上IP核数量的增加，多核间的通信冲突愈加严重，二维（2D）拓扑已无法有效缓解上述问题。为此，工业界和学术界提出了3D片上光网络。由于3D片上光网络中可能出现芯片资源浪费严重、可靠性下降等新问题，有必要开展3D片上光网络优化机制的研究。本项目主要研究面向3D片上光网络优化机制的路由与流量疏导方法，主要包括：面向应用的3D片上光传输网络拓扑建模原理、基于有向图的联合路由算法、基于波长配置矩阵的流量疏导机制以及3D片上光网络路由与流量疏导性能测试方法。开展这项研究将为未来的3D片上光网络优化技术打下坚实的理论基础。本项目的预期研究成果主要包括发表或录用SCI论文10篇以上，高水平会议论文5篇以上，申请国家发明专利3项以上。

电交换的有限传输速率以及与带宽成正比的功耗都将成为片上网络性能提升的瓶颈。由于光传输功耗与数据位速率无关，同时光波导具有低损耗性和高带宽，片上光网络倍受关注。随着片上IP核数量的增加，多核间的通信冲突愈加严重，二维（2D）拓扑已无法有效缓解上述问题。为此，工业界和学术界提出了3D片上光网络。由于3D片上光网络中可能出现芯片资源浪费严重、可靠性下降等新问题，有必要开展3D片上光网络优化机制的研究。本项目主要研究面向3D片上光网络优化机制的路由与流量疏导方法，主要包括：1）光片上网络3D拓扑设计；2）3D光片上网络路由器设计；3）3D光片上网络IP核映射机制；4）3D光片上网络路由算法；5）3D光片上网络流量疏导机制；6）光片上网络应用---虚拟机(VM)快速迁移与虚拟网络嵌入机制。. 本项目的预期研究成果主要包括发表或录用SCI论文10篇以上，高水平会议论文5篇以上，申请国家发明专利3项以上。. 实际上，依托本项目所取得的成果已远超过预期，主要包括：. 1）以第一作者或通信作者身份发表或录用33篇论文，其中，SCI收录论文18篇，IEEE长文6篇，EI论文14篇，旗舰或权威会议论文6篇，大会最佳论文1篇；共计在线发表17篇SCI论文，条件录用1篇SCI论文。以第一发明人身份，申请国家发明专利四项，其中已成功授权国家发明专利两项。做国际大会口头报告和学术交流近15次，其中特邀分组报告4次。. 2）获得4项省部级以上科研奖励，包括：教育部自然科学奖二等奖1项（第二完成人）、辽宁省科技进步奖二等奖（校内第一完成人）、辽宁省优秀博士学位论文（第一完成人）以及辽宁省优秀硕士学位论文（第一指导教师）。. 3）成功申请了一项硅基光互连JK项目、两项国家重点实验室开放课题，以及一项辽宁省教育厅一般项目。. 4）一个网络平台成功应用到辽宁省电力公司科技项目中，成果科普平台点击量已突破100万。