基于VCSEL/MSM-CMOS技术的并行光互连设计

提出了一种基于VCSEL/MSMCMOS技术的并行光互连系统,详细介绍了系统整体设计,着重对光网络通信接口卡中的PCIHIPPI接口模块、HIPPIFIBER接口模块、光总线模块设计进行了阐述。     

VCSEL技术及其在光互连中的应用

垂直腔表面发射激光器（VCSELs）是并行光互连、高速光交换系统中最合适的光源。它具有易耦合、易封装和测试的优点。由于其独特的性能，可以较为方便地制作二维激光器阵列。基于VCSEL阵列的光电混合集成及并行光互连是当前的研究热点。本文介绍了VCSEL基本结构及设计中的关键技术，并对VCSEL在光互连中的应用进行了研究。     

用于空间光互连的850 nm VCSEL 4×4阵列的热场模拟

作为空间光互连系统的发射部分,垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列的热特性直接影响到光互连系统的稳定性。建立了850nm VCSEL 4×4阵列的热场数学模型,并利用有限差分法求解热传导和热扩散方程,得出了在VCSEL单元工作电流为10mA时阵列的热场分布:VCSEL单元有源层温度约为50℃;整个阵列的温度仅为38.65℃。依据此结果制作了850nm 4×4光互连模块,其每通道稳定传输速率达到1Gbit/s。     

并行光收发模块与光互连

以GaAs基VCSEL列阵为光源成功研制出12路并行光发射模块,总速率达37.5Gbps以GaAs基12路PIN探测器列阵为接收单元研制出响应速率达30Gbps的12路并行光接收模块;采用并行光收发模块研制出并行光传输系统,其系统传输速率达10Gbit/s.该并行光发射和接收模块以及并行光传输系统能应用于高性能计算机等系统的光互连.     

多信道双向光互连模块设计

介绍使用垂直腔表面发射激光器和光电二极管构成的多信道双向光互连模块的设计和制作技术。     

并行光收发模块与光互连

以GaAs基VCSEL列阵为光源成功研制出12路并行光发射模块,总速率达37.5Gbps以GaAs基12路PIN探测器列阵为接收单元研制出响应速率达30Gbps的12路并行光接收模块;采用并行光收发模块研制出并行光传输系统,其系统传输速率达10Gbit/s.该并行光发射和接收模块以及并行光传输系统能应用于高性能计算机等系统的光互连.     

甚短距离光互连模块技术的发展动态

甚短距离光互连技术作为一种突破铜线互连传输瓶颈有效方法,受到了广泛关注。半导体光学器件技术、高速化集成电路技术和光电模块封装技术作为实现光互连的关键技术发展较为迅速。首先阐述了垂直腔面发射激光器的电路模型,然后针对光信号发送模块介绍了预加重补偿技术以及开环方式稳定光功率输出技术,并对如何提高光信号接收模块带宽性能的电路技术进行了分析。其次结合光互连模块技术标准的发展,以NEC公司的实用化甚短距离并行光互连模块为例,对其光电封装技术进行了说明,最后就甚短距离光互连技术所面临的课题及发展前景进行了总结。     

光互连中两微腔激光器耦合机制研究

首先用等效F-P腔的方法计算了多层DBR的反射率,然后在对VCSEL远场分布曲线进行插值拟合得到其远场光强分布的基础上,对光互连中的最小作用单元(两个VCSEL)的相互耦合机制进行了研究.(OD11)     

基于并行光学互连的OC-192接口VSR技术及其应用

论述了OC-192接口VSR技术的基本原理,对四种VSR标准做了简单的比较,讨论了VSR的应用。     

用MEMS光开关实现高性能光互连网络

建立了1Gbps传输结构的高性能光互连网络，来提高计算机群系统的网络性能。它利用微机电系统(MEMS)光开关和PCI总线全带宽网络接口卡构成光互连链路。全带宽PCI接口卡总线峰值传输速率为132Mbytes／s，光信号传输速率可达1Gbps以上。用MEMS制做的全光开关减少了光—电之间的转换，提供的开关方式与数据的波长、速率和信号格式无关。因而，利用这种网络结构，可以最大限度地减少网络延迟和网络通信开销，极大地提升了机群系统的总体性能。     

面向片上光互连的无源H树网络设计

传统的片上电互连已无法满足多核处理系统日益 增长的通信需求,在延迟、能耗和 带宽方面更具优势的片上光互连逐渐引起关注。为了降低片上光网络(optical network-on-chip,ONoC)硬件开销和提升光网络 性能,本文提出一种基于微环谐振器的16端口无源H树光互连网络。利用宽带微环谐振器设 计4组转向光路由器,降低微环谐振器使用并完成端口选择,将信号传输到8端口接收光路由 器以及3级和4级光开关来满足信号的无争用传输。实验结果表明,在16×16阵列规模下与 Crossbar、λ-Router、GWOR、LACE、Light等无源网络结 构相比,无源光H树网络仅需使用 72个微环谐振器。网络平均插入损耗1.49 dB,与λ-Router、GWOR 、TAONoC相比分别降低 了21.5%、10.7%、59.7 %,各路径平均信噪比 为17.48 dB,与λ-Router、GWOR、Light相比分别提高了38.5%、36.0%、17.1%。     

VCSEL技术与并行光互联

介绍了VCSEL结构和技术特点，它以很高的性能价值比成功地应用于单通道和并行光互联，并将在宽带以太网、高速数据通信网中得到广泛的应用，以VCSEL为基础器件的高速大容量、高并行处理功能的光互连、光交换系统有着极好的应用前景。     

一种板间无线光互联模块的设计

提出了一种基于电路板间的甚短距离无线光互联模块.利用光学设计软件模拟仿真,设计了一种实用的板间无线光互联光学系统,并分析了离轴偏差、指向角度偏差以及轴向偏差对该模块数据传输稳定性的影响.测试结果表明,该模块可以实现2.5Gb/s高速率板间双向数据传输.     

PON与OBS网络互连结构的研究

光突发交换(OBS)网络的城域网应用需要解决与接入网的互连问题。针对基于集成节点的PON与OBS网络互连方案,研究了集成节点的功能与组成结构,分析了模块之间的信息交互,给出了集成节点结构的一种设计方案,并简单讨论了基于这一方案的汇聚机制和动态带宽分配算法。     

基于FPGA的光互连网络技术研究与性能分析

研究了基于Xilinx Virtex-5 FPGA的光互连网络技术,通过FPGA板内的高速串行收发器连接SFP光收发模块,实现高速串行数据收发,每通道的传输速率达到3.125Gb/s,提出并实现了基于FPGA的四节点单向环形光互连网络.在ISE设计环境下,设计了基于两块FPGA板的FFT运算应用和基于四块FPGA板的具有随机消息分布特性的网络应用,完成了光互连网络的性能测试分析.     

Design of a free-space 3-D crossover optical network

A new method is proposed to map an 2-D crossover network into an 3-D spatial structure. It makes use of an 2 × 4 micro-blazed grating array to realize vertical connections and horizontal connections, and provides straight connections using a mirror. A module of the 3-D crossover network integrating a polarizing beam-splitter, half-wave plate, micro-blazed grating array, half silvered mirror, spatial light modulator and mirror, will accomplish the functions of optical signal switching, multicast, and broadcast. The characteristics of this module are switching-transparency, high-speed performance, and easy-integration. It has been proved that this module can be implemented in free spatial optical interconnections and parallel computing systems.     

EPON:下一代宽带光接入网

介绍了EPON（以太网无源光网络）的体系结构，国内外的研究现状以及市场和应用，并对其前景进行了展望。     

一种基于标准CMOS工艺的单片光互连

探索了采用标准CMOS工艺实现单片光互连的可行性。采用特许(Chartered)半导体公司3.3V、0.35μm标准模拟CMOS工艺设计并制造了一种单片光互连系统,并用两种结构研究了衬底噪声耦合对互连性能的影响。测试结果表明:该光互连系统可工作于几×103Hz,验证了基于标准CMOS工艺的单片光互连系统是可行的。     

Research on traffic identification and scheduling based on optical interconnection architecture in data center

In order to solve the data center link congestion problem,based on the characteristics of the flow distribution and flow types,a flow identification and scheduling scheme based on optical interconnect structure,named HCFD (host-controller flow detection),was proposed to identify the elephant flow which has a large impact on the network performance,and use the SDN controller to make forward strategy,and schedule the network traffic reasonably.The implementation of the scheme was to use the Netfilter framework in Linux kernel protocol on the host side to mark the flow that exceeds the threshold amount.Then,the classification model was used in the controller side to classify the marked flow.Finally,the appropriate forwarding strategy was developed based on the above results.With the advantage of the photoelectric network,mechanisms of flow depth fusion and switching could be realized.The scheme which integrates the advantage of the existing research results,was expected to identify elephant flow more accurately and comprehensively.It can effectively alleviate the network congestion,make full use of network bandwidth,reduce end-to-end delay and packet loss rate.