一种基于新型MDM技术的光网络芯片及其可靠性分析

《IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems》：A Novel MDM-Based Optical Networks-on-Chip With Reliability Analysis

光芯片网络中模式分割复用技术研究

　　

摘要：

对更低功耗、更短传输延迟和更高通信容量的需求不断增加，这给片上光网络（ONoCs）带来了挑战。为了解决这些问题，人们提出了多种复用技术并将其应用于光互连网络。其中，模式分复用（MDM）技术因其能够通过多模波导同时传输多模光信号，从而显著提高网络吞吐量和减少通信延迟而备受关注，成为了一个重要的研究领域。在本文中，我们提出了一种灵活且可扩展的多模光开关元件（MOSE），该元件通过改变自身结构来调整传输的光信号。基于所提出的MOSE，我们设计了一种多模光路由器（MOR），并进一步构建了支持多路TE偏振模式光信号并行传输的片上光网格网络（MMONoCs）。此外，系统地建立了包括MOSE和MOR在内的多模光器件的损耗和串扰模型。最后，以MOR为例，分析了在不同网络规模下三种TE偏振模式（TE0、TE1和TE2）的损耗、光信噪比（OSNR）和比特误码率（BER）。研究结果表明，MMONoC的可扩展性及其通信质量主要受模式串扰噪声的影响。同时，基于1550纳米波长、4×4 和 5×5 光网格网络中的双模（TE0、TE1）和三模（TE0、TE1、TE2）光信号，讨论了端到端（ETE）延迟和吞吐量等网络性能指标。仿真结果表明，与传统单模光模式相比，MMONoC在ETE延迟和吞吐量方面具有显著提升。