Bandbreitenmaximierung und Zuweisung für Wavelength-Routed Optical Networks-on-Chip (WRONoC)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Tsun-Ming Tseng
• Fachliche Zuordnung: Rechnerarchitektur, eingebettete und massiv parallele Systeme
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496766278

Für die Kommunikation zwischen Prozessoren in Multi-Prozessor System-on-Chips (MPSoCs) werden seit einigen Jahren photonische Ansätze erforscht. Dabei stellen „Wavelength-routed optical networks-on-chip (WRONoCs)“ einen attraktiven Ansatz dar, um Energieeffizienz und Bandbreite in integrierten MPSoCs zu erhöhen. Insbesondere bieten WRONoCs “volle Bandbreite”, d.h. alle Komponenten können gleichzeitig und konfliktfrei über verschiedene dedizierte Datenübertragungspfade kommunizieren. Der Stand der Technik der WRONoC-Forschung geht dabei davon aus, dass über jeden Datenübertragungspfad jeweils nur ein einzelnes Datenbit gesendet bzw. empfangen wird. Diese Annahme ist aber konservativ und begrenzt damit unnötig die erzielbare Bandbreite von WRONoCs. Im vorgeschlagenen Projekt werden wir mit Methoden der Entwurfsautomatisierung die Nutzung von Parallelität auf Bitebene für WRONoCs untersuchen. Um Parallelität zu ermöglichen, nutzen wir aus, dass Ringresonatoren (Microring Resonators, MRRs) mehrere Resonanzwellenlängen aufweisen. Kritischen Pfaden weisen wir mehr Wellenlängen zu. Dazu werden wir ein umfassendes Syntheseverfahren für WRONoC-Topologien entwickeln. Dieses Verfahren wird die Topologie der Lichtleiterstrukturen, die Wellenlängen der Signale sowie die Anzahl, Positionen und Konfigurationen von Ringresonatoren eines Netzwerks optimieren, um hohe Bandbreiten zu erzielen. Darauf aufbauend werden wir des Weiteren ein Verfahren für vorgegebene Anwendungen mit heterogenen Kommunikationsanforderungen erforschen. Dieses Verfahren wird die Topologien der Lichtleiter und Ringresonatoren lokal ändern, um für Pfade mit hohem Kommunikationsbedarf die Anzahl gültiger Signalwellenlängen zu erhöhen und somit mehr Parallelität bereitzustellen. Schließlich werden wir auch die Auswirkungen von „Crosstalk“ analysieren, um die verfügbaren Wellenlängen maximal auszunutzen und gleichzeitig gute Signalqualität beizubehalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen