KR20130007063A

KR20130007063A - 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템 및 그의 라우팅 방법

Info

Publication number: KR20130007063A
Application number: KR1020110063147A
Authority: KR
Inventors: 한태희; 서정택
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-01-18
Also published as: KR101242172B1

Abstract

본 발명은 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템 및 그의 라우팅 방법에 관한 것으로, 본 발명은 출발지 코어에 커플되는 출발지 전기적 라우터에서 목적지 주소를 갖는 컨트롤 패킷을 생성하는 단계, 상기 컨트롤 패킷을 인접한 전기적 라우터들로 전송하고, 상기 컨트롤 패킷을 이용하여 데이터 전송이 가능한 전기적 라우터들을 검색하고, 상기 출발지 전기적 라우터에서 목적지 코어에 커플되는 목적지 전기적 라우터까지 데이터 전송이 가능한 전기적 네트워크를 생성하는 단계, 생성된 상기 전기적 네트워크에 위치하는 전기적 라우터들은 인접한 전기적 라우터들에게 다른 컨트롤 패킷의 접근을 방지하는 블로킹 신호를 전송하는 단계, 상기 전기적 네트워크가 생성되면, 상기 목적지 전기적 라우터는 ACK 신호를 생성하고, 생성된 상기 ACK 신호를 상기 목적지 코어에 커플되는 목적지 광 라우터에서 상기 출발지 코어에 커플되는 출발지 광 라우터까지 광학적 네트워크를 통해 전송되는 단계, 상기 ACK 신호를 수신한 상기 출발지 광 라우터에서 상기 목적지 광 라우터까지 상기 광학적 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템 및 그의 라우팅 방법{HYBRID OPTICAL NETWORKS-ON-CHIP SYSTEM AND ROUTING METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템 및 그의 라우팅 방법에 관한 것이다.

최근 몇 년간, 다중 프로세서 시스템-온-칩(MPSoC)의 복잡도가 급격하게 증가하면서 새로운 온-칩 통신구조인 네트워크-온-칩(NoC)이 활발하게 연구되고 있다. 그러나 기존의 네트워크-온-칩(NoC)에서는 전기적 상호 연결(Electrical Interconnects, EIs)만을 사용하기 때문에 향후 다중 프로세서 시스템-온-칩(MPSoC)의 복잡도가 더욱 증가되면 성능 향상과 전력 소모의 한계에 직면할 수 있다. 그리하여 기존의 네트워크-온-칩(NoC)와 광학적 상호 연결(Optical Interconnects, OIs)을 동시에 사용하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩(Hybrid Optical NoC, HONoC)이 추가적으로 연구 되고 있다.

기존의 하이브리드 광학 네트워크-온-칩(HONoC) 연구는 임계경로에서만 광학적 상호 연결(OIs)을 사용하고 임계경로가 아닌 부분에서는 전기적 상호 연결(EIs)을 사용함으로써 지연시간 및 전력소모를 줄이는 방식 등이 발표되었다. 또한 대용량의 페이로드(payload) 데이터 전송에는 광학적 상호 연결(OIs)을 사용하고 크기가 작은 컨트롤 패킷은 전기적 상호 연결(EIs)을 사용하는 기법, 4개의 코어를 클러스터(cluster)로 묶은 후 클러스터 안에서는 스타 토폴로지와 전기적 상호 연결(EIs)을 사용하고 클러스터끼리는 메시 토폴로지와 광학적 상호 연결(OIs)을 사용하는 하이브리드 광학 메시 네트워크-온-칩 (Hybrid Optical Mesh NoC, HOME) 방법 등도 있다.

하이브리드 광학 네트워크-온-칩(HONoC)에서는 다양한 라우터가 사용되는데, 기존 하이브리드 광학 네트워크-온-칩(HONoC)에서는 전기적 네트워크에서 웜홀 스위칭과 X-Y라우팅을 이용해 경로 설정을 하게 되면 여러 경로에서 동시에 데이터를 전송할 경우, 현재 사용중인 광학 라우터의 설정을 변경 하거나 광학 라우터가 전송을 마칠 때까지 경로 설정을 못 하는 성능 향상의 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 동시에 여러 경로를 이용하여 데이터를 전송할 수 있는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템 및 그의 라우팅 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법에 있어서, 출발지 코어에 커플되는 출발지 전기적 라우터에서 목적지 주소를 갖는 컨트롤 패킷을 생성하는 단계, 상기 컨트롤 패킷을 인접한 전기적 라우터들로 전송하고, 상기 컨트롤 패킷을 이용하여 데이터 전송이 가능한 전기적 라우터들을 검색하고, 상기 출발지 전기적 라우터에서 목적지 코어에 커플되는 목적지 전기적 라우터까지 데이터 전송이 가능한 전기적 네트워크를 생성하는 단계, 생성된 상기 전기적 네트워크에 위치하는 전기적 라우터들은 인접한 전기적 라우터들에게 다른 컨트롤 패킷의 접근을 방지하는 블로킹 신호를 전송하는 단계, 상기 전기적 네트워크가 생성되면, 상기 목적지 전기적 라우터는 ACK 신호를 생성하고, 생성된 상기 ACK 신호를 상기 목적지 코어에 커플되는 목적지 광 라우터에서 상기 출발지 코어에 커플되는 출발지 광 라우터까지 광학적 네트워크를 통해 전송되는 단계, 상기 ACK 신호를 수신한 상기 출발지 광 라우터에서 상기 목적지 광 라우터까지 상기 광학적 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 라우팅 시스템에 있어서, 하나의 코어에 커플되며 컨트롤 패킷에 포함되는 목적지 X, Y축 좌표와 자신의 X, Y축 좌표를 비교하여 데이터 전송이 가능한 전기적 라우터들을 검색하여 상기 컨트롤 패킷이 전송되는 전기적 네트워크를 생성하는 복수의 전기적 라우터, 복수의 스위치를 포함하며, 상기 복수의 전기적 라우터의 전기적 네트워크에 대응하여 서로 다른 경로를 갖는 적어도 하나 이상의 광학적 네트워크를 형성하고, 상기 적어도 하나 이상의 광학적 네트워크를 통해 동시에 데이터를 전송하는 복수의 광 라우터, 상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템이 제공된다.

여기서, 상기 컨트롤 유닛은 상기 복수의 전기적 라우터에서 입력되는 상기 복수의 스위치의 온/오프 정보를 이용하여 상기 복수의 스위치를 제어한다.

본 발명은 어느 광학적 네트워크에서 데이터가 전송 중일 때, 사용 중이지 않은 코어의 전기적 라우터들 사이에 컨트롤 패킷을 이용하여 전기적 네트워크를 형성하고, 형성된 전기적 네트워크와 커플되는 광학적 네트워크를 통해 데이터를 전송함으로써, 어느 광학 네트워크가 데이터 전송 중일 때 다른 광학 네트워크를 형성하여 동시에 여러 경로에서 데이터 전송이 가능한 하이브리드 네트워크-온-칩 시스템 및 그의 라우팅 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 구조도이다.
도 2는 도 1의 병렬 라우터의 구조도이다.
도 3은 도 2의 전기적 라우터의 구조도이다.
도 4는 도 2의 광 라우터의 구조도이다.
도 5는 도 4의 마이크로 공명기의 구조도이다.
도 6은 종래 하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 라우팅 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 라우팅 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 라우팅 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 도 8의 전기적 네트워크를 생성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 전기적 네트워크 및 광학적 네트워크의 해제 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 라이브락(livelock)이 발생하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 예시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 구조도이고, 도 2는 도 1의 병렬 라우터의 구조도이고, 도 3은 도 2의 전기적 라우터의 구조도이고, 도 4는 도 2의 광 라우터의 구조도이고, 도 5는 도 4의 마이크로 공명기의 구조도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템은 복수의 코어(functional core)(100), 복수의 병렬 라우터(router)(200)를 포함한다. 이때, 복수의 병렬 라우터 각각에는 하나의 코어가 커플 연결되어 있으며, 이러한 연결 구조를 메쉬(mesh) 구조라 한다. 복수의 병렬 라우터(200) 각각은 광학 도파관(optical waveguide)(300, 도 1에서는 실선으로 표시함)과 전기적 링크(400, 도 1에서는 점선으로 표시함)에 의해 상호 연결되어 있다.

도 2와 같이, 본 발명에서 병렬 라우터(200)는 광 라우터(210)와 전기적 라우터(220)를 포함하며, 광 라우터(210)와 전기적 라우터(220)는 상호 커플되어 있으며 광 라우터(210)의 스위칭은 컨트롤 유닛(230)에 의해 제어된다. 광 라우터(210)는 광학 도파관(300)에 의해 상호 연결되고, 전기적 라우터(220)는 전기적 링크(400)에 의해 상호 연결된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전기적 라우터(220)는 동, 서, 남, 북과 광 라우터(210), 코어(100)와 연결되는 6개의 양방향 포트를 포함하며, 도 3에서는 6×6크로스바 스위치를 대표하여 도시하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 광 라우터(210)는 6개의 광학 도파관(300)과 연결되는 12개의 마이크로 공명기(micro resonation, MR)(211)를 포함하며, 마이크로 공명기(211)는 컨트롤 유닛(230)에 의해 온/오프가 결정된다.

도 4에서 광 라우터(210)는 5×5 non-blocking 하이브리드 라우터로서, 동, 서, 남, 북 그리고 injection/ejection으로 구성된 양방향 포트를 가지고 있다. 도 4의5×5 non-blocking 하이브리드 라우터는 예시적으로 나타낸 것으로, 본 발명의 광 라우터(210)는 이에 한정되지 않고 그 내부 구성은 변경 가능하다.

광 라우터(210) 내부에는 도 5a 및 도 5b와 같이 두 종류의 1×2 스위칭 요소(switching element)를 갖는 마이크로 공명기(211)가 포함되어 있다.

도 5a에 도시된 마이크로 공명기(211)는 병렬 스위칭 요소(parallel switching element)를 가지고, 도5b에 도시된 마이크로 공명기(211)는 크로싱 스위칭 요소(crossing switching element)가지며, 각 마이크로 공명기(211)는 온(on) 상태 또는 오프(off) 상태에 따라 데이터 전송 방향이 달라진다.

보다 구체적으로, 마이크로 공명기(211)가 온 상태에서는 데이터가 드롭(drop) 방향으로 전송되고, 마이크로 공명기(211)가 오프 상태에서는 데이터가 통과(through) 방향으로 전송된다.

마이크로 공명기(211)의 온/오프는 컨트롤 유닛(230)에 의해 제어되며, 컨트롤 유닛(230)은 전기적 라우터(220)로부터 입력되는 신호에 따라 마이크로 공명기(211)의 온/오프를 제어한다.

본 발명에서는 전기적 라우터(220)가 컨트롤 패킷을 이용하여 출발지 코어에서 목적지 코어까지의 전기적 네트워크를 형성하고, 출발지 코어에서 목적지 코어로의 데이터는 전기적 네트워크와 커플되는 광학적 네트워크를 통해 전송된다. 따라서, 전기적 라우터(220)는 데이터가 전송될 경로를 설정하고, 설정된 경로에 해당하는 광 라우터(220)의 마이크로 공명기(211)의 온/오프에 대한 정보를 컨트롤 유닛(230)에 전송한다. 그러면, 컨트롤 유닛(230)은 전기적 라우터(220)로부터 입력되는 광 라우터(220)의 온/오프 정보에 따라 마이크로 공명기(211)의 온/오프를 제어하여 광 라우터를 통한 데이터 전송 경로를 형성할 수 있다.

도 6은 종래 하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 라우팅 방법을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 라우팅 방법을 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래에는 (1, 0) 코어에서 (2, 2) 코어로 광학적 네트워크를 통해 데이터가 전송 중일 때, (0, 0) 코어에서 (3, 3) 코어로 데이터 전송을 위해 경로 설정을 시도하면, (1, 0) 코어와 (2, 0) 코어에 연결된 라우터의 설정이 변경되거나 라우터 사용이 끝날 때까지 기다려야 하기 때문에, 동시에 데이터 전송이 불가능하였다.

그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 라우팅 방법에 의하면 (1, 0) 코어에서 (2, 2) 코어로 광학적 네트워크를 통해 데이터가 전송 중일 때, (0, 0) 코어에서 (3, 3) 코어로 전기적 네트워크에서 "새로운 경로"를 설정해 통신할 수 있다.

광학적 네트워크는 광 라우터(210)와 광학 도파관(300)에 의해 형성되는 데이터 전송 경로를 의미하며, 전기적 네트워크는 전기적 라우터(220)와 전기적 링크(400)에 의해 형성되는 데이터 전송 경로를 의미한다.

도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 라우팅 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 8에서는 도 7를 참조하여 (1, 0) 코어에서 (2, 2) 코어로 광학적 네트워크를 통해 데이터가 전송 중일 때, (0, 0) 코어에서 (3, 3) 코어로 새로운 데이터 전송 경로를 설정하는 라우팅 방법에 대해서 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 데이터 출발지 코어(0, 0)에 해당하는 전기적 라우터는 컨트롤 패킷을 생성하고(S810), 전기적 라우터들 사이에 컨트롤 패킷을 송, 수신하면서 출발지 전기적 라우터에서 목적지 코어(3, 3)에 해당하는 전기적 라우터까지 전기적 네트워크가 생성된다(S820).

컨트롤 패킷은 출발지 주소, 목적지 주소, 이전 라우터 주소, 지나온 홉(Hop) 개수, TTL 필드, 패킷 사이즈를 포함한다.

생성된 전기적 네트워크에 위치하는 전기적 라우터들은 인접한 전기적 라우터들에게 블로킹 신호를 전송하여(S830) 전기적 라우터들의 벡터 테이블을 갱신한다.

여기서, 블로킹 신호는 전기적 라우터가 데이터 전송 경로에 해당하는 전기적 네트워크에 포함되었다는 것을 인접한 전기적 라우터들에게 알리는 신호에 해당되며, 인접한 전기적 라우터들은 벡터 테이블을 갱신하여 블로킹 신호를 전송한 전기적 라우터가 사용 중이라고 기록한다.

목적지 코어(3, 3)에 해당하는 전기적 라우터는 ACK 신호를 생성하고(S840), ACK 신호는 목적지 전기적 라우터와 커플된 광 라우터에서 출발지 전기적 라우터와 커플된 광 라우터까지 광학적 네트워크를 통해 전송된다(S850).

ACK 신호를 수신한 출발지 코어(0, 0)에 해당하는 광 라우터는 광학적 네트워크를 통해 데이터를 목적지 코어(3, 3)에 해당하는 광 라우터로 전송한다(S860).

데이터가 전송되면서 생성된 전기적 네트워크 및 광학적 네트워크를 해제한다(S870).

종래에는 데이터 전송이 완료된 이후에 해제 패킷을 전송하여 네트워크 연결을 해제하였으나, 본 발명에서는 데이터 전송이 진행되는 중에 해제 패킷을 전송하여 네트워크 연결을 해제하며, 해제 방식에 대해서는 아래에서 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 9는 도 8의 전기적 네트워크를 생성하는 단계를 나타내는 흐름도이다.

도 9에서는 도 8과 같이 (1, 0) 코어에서 (2, 2) 코어로 광학적 네트워크를 통해 데이터가 전송 중일 때, (0, 0) 코어에서 (3, 3) 코어로 새로운 전기적 네트워크를 형성하는 방법에 대해 설명한다.

우선, 컨트롤 패킷이 전기적 라우터에 수신되면(S901), 해당 코어의 X축 좌표와 목적지 X축 좌표를 비교해서(S902), 목적지 X축 좌표가 더 크면 X값에 +1, 목적지 X축 좌표가 더 작으면 X값에 -1을 한 후(S903), X축의 다음 전기적 라우터의 벡터 테이블에 해당 포트가 블록(block) 상태인지 확인한다(S904).

X축의 다음 전기적 라우터의 벡터 테이블에 해당 포트가 블록 상태가 아니면(S904), X축의 다음 전기적 라우터로 컨트롤 패킷을 전송한다(S905)

그러나, X축의 다음 전기적 라우터의 벡터 테이블에 해당 포트가 블록 상태이면(S904), 해당 코어의 Y축 좌표와 목적지 Y 축 좌표를 비교해서(S906), 목적지 Y 축 좌표가 더 크면 Y값에 +1, 목적지 Y축 좌표가 더 작으면 Y값에 -1을 한 후(S907), Y축의 다음 전기적 라우터의 벡터 테이블에 해당 포트가 블록 상태인지 확인한다(S908).

Y축의 다음 전기적 라우터의 벡터 테이블에 해당 포트가 블록 상태가 아니면(S908), Y축의 다음 전기적 라우터로 컨트롤 패킷을 전송한다(S905).

그러나, Y축의 다음 전기적 라우터의 벡터 테이블에 해당 포트가 블록 상태이면(S908), 컨트롤 패킷을 전송한 이전 전기적 라우터에게 롤백(rollback) 패킷을 전송한다(S909).

만약, 컨트롤 패킷의 X축 좌표 및 Y축 좌표가 해당 코어의 X축 좌표 및 Y축 좌표와 같다면(S910), 해당 코어가 컨트롤 패킷의 목적지가 된다(S911).

상기한 단계(S901)에서 단계(S911)를 반복 수행하여 전기적 라우터는 출발지 코어에 해당하는 출발지 전기적 라우터에서 목적지 코어에 해당하는 목적지 전기적 라우터까지의 전기적 네트워크를 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, (0, 0) 코어에서 컨트롤 패킷이 생성되면 X값이 증가하는 (1, 0) 코어의 전기적 라우터를 확인 후 (1, 0) 코어의 라우터가 동작 중이면 Y값을 증가 시켜 (0, 1) 코어의 전기적 라우터를 확인한다. (0, 1) 코어의 전기적 라우터가 동작하지 않고 있으면 (0, 1) 코어의 전기적 라우터로 컨트롤 패킷을 전송한다. 그 후 X 축인 (1, 1) 코어의 전기적 라우터로 컨트롤 패킷을 전송 후, (2, 1), (2, 2) 코어가 사용 중이기 때문에 X축으로 진행하지 못하고 Y축으로 진행해 (1, 3) 코어의 전기적 라우터까지 컨트롤 패킷이 전송 된다. (1, 3) 코어의 전기적 라우터부터 (3, 3) 코어의 전기적 라우터까지 중간에 사용 하는 전기적 라우터가 없기 때문에 X값만 증가 시켜 전송을 하게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 어느 광학적 네트워크에서 데이터가 전송 중일 때, 사용 중이지 않은 코어의 전기적 라우터들 사이에 컨트롤 패킷을 이용하여 전기적 네트워크를 형성하고, 전기적 네트워크와 커플되는 광학적 네트워크를 통해 새로운 데이터 경로를 형성하여 데이터를 전송할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 여러 경로에서 동시에 데이터를 전송할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 전기적 네트워크 및 광학적 네트워크의 해제 방법을 나타내는 흐름도이다.

ACK 신호가 수신되면(S101), 출발지 전기적 라우터는 하기 수학식 1을 이용하여 TTL 필드의 값을 계산한다(S102).

여기서, Ctx는 데이터를 전송할 때 걸리는 클럭 사이클이며, Psize는 전송하는 패킷 크기이며, felec은 전기적 네트워크 클럭 주파수이고, Boptical은 광학적 네트워크의 대역폭 이다.

출발지 전기적 라우터는 계산된 TTL값을 포함하는 해제 패킷을 생성하고(S103), 생성된 해제 패킷을 전기적 네트워크에 위치하는 전기적 라우터들에게 전송한다(S104).

각각의 전기적 라우터들은 해제 패킷을 저장하고 있다가 각 클럭 마다 해제 패킷의 TTL값을 감소시킨다(S105).

여기서, 각 클럭은 해제 패킷이 현재 전기적 라우터에서 다음 전기적 라우터로 전송되면서 전송할 때 걸리는 클럭 사이클로서, TTL 필드의 값은 클럭 사이클 수만큼 감소된다.

TTL값이 0이 되면(S106), 전기적 네트워크 및 광학적 네트워크는 해제된다(S107).

이와 같이, 본 발명에서는 데이터 전송이 완료되기 전에 해제 패킷을 전송하여 TTL값이 0이 되면 자동으로 전기적 네트워크 및 광학적 네트워크를 해제함으로써, 데이터 전송이 완료된 이후에 해제 패킷을 전송하여 발생하는 오버헤드를 방지할 수 있다.

도 11은 라이브락(livelock)이 발생하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 예시도이다.

도 11에서 보듯이, (0, 2) 코어에서 (3, 2) 코어로 데이터가 전송 중 일 때 (0, 0) 코어에서 (3, 3) 코어까지 경로 설정을 시도하면 Y축 2번 코어들이 전송 완료되기 전까지 라이브락(livelock)이 생기게 된다. 이러한 livelock을 방지하기 위해 하기 수학식 2와 같이 Ccnt값을 구해 컨트롤 패킷을 전송할 때 TTL 필드에 저장시켜 전송한다.

여기서, Ccnt는 컨트롤 패킷이 전기적 네트워크에서 유지될 수 있는 총 사이클 수이다. 또한 Psize는 컨트롤 패킷 사이즈 이며, felec은 전기적 네트워크 클럭 주파수 이고, Belec은 전기적 네트워크의 대역폭이다. Saps는 전기적 라우터가 동작하는데 필요한 평균 사이클 수이며, h는 칩 안에 있는 총 스위치 개수이다.

컨트롤 패킷의 TTL 필드의 값 역시 해제 패킷과 같이 전기적 라우터에 저장되며 각 사이클 마다 TTL 필드의 값을 감소시키며 각 홉을 넘어갈 때는 해당 클럭만큼 감소시킨다. TTL 필드의 값이 0이 되면 현재 설정된 경로를 해제 하고 해당 경로 때문에 전송을 하지 못하고 있던 다른 코어간의 전송을 할 수 있게 함으로써, livelock을 제거 한다.

이와 같이, 본 발명에서는 컨트롤 패킷에 TTL 필드의 값이 0이 되면 자동으로 광학적 네트워크를 해제함으로써, 데이터 전송이 완료된 이후에도 광학적 네트워크를 점유하여 다른 코어간의 데이터 전송을 방해하는 라이브락을 제거할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예 들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 복수의 코어
200: 병렬 라우터
210: 광 라우터
211: 마이크로 공명기
220: 전기적 라우터
230: 컨트롤 유닛
300: 광학 도파관
400: 전기적 링크

Claims

하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법에 있어서,
(a) 출발지 코어에 커플되는 출발지 전기적 라우터에서 목적지 주소를 갖는 컨트롤 패킷을 생성하는 단계,
(b) 상기 컨트롤 패킷을 인접한 전기적 라우터들로 전송하고, 상기 컨트롤 패킷을 이용하여 데이터 전송이 가능한 전기적 라우터들을 검색하고, 상기 출발지 전기적 라우터에서 목적지 코어에 커플되는 목적지 전기적 라우터까지 데이터 전송이 가능한 전기적 네트워크를 생성하는 단계,
(c) 생성된 상기 전기적 네트워크에 위치하는 전기적 라우터들은 인접한 전기적 라우터들에게 다른 컨트롤 패킷의 접근을 방지하는 블로킹 신호를 전송하는 단계,
(d) 상기 전기적 네트워크가 생성되면, 상기 목적지 전기적 라우터는 ACK 신호를 생성하고, 생성된 상기 ACK 신호를 상기 목적지 코어에 커플되는 목적지 광 라우터에서 상기 출발지 코어에 커플되는 출발지 광 라우터까지 광학적 네트워크를 통해 전송되는 단계, 및
(e) 상기 ACK 신호를 수신한 상기 출발지 광 라우터에서 상기 목적지 광 라우터까지 상기 광학적 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
(b-1) 상기 컨트롤 패킷이 수신되면, 제1 전기적 라우터는 목적지 X축 좌표와 자신의 X축 좌표를 비교하여, 일치하지 않으면 X값이 +1 또는 -1이 되는 제2 전기적 라우터의 상태를 판단하는 단계,
(b-2) 상기 제2 전기적 라우터가 블록(block)된 상태이면, 상기 제1 전기적 라우터는 목적지 Y축 좌표와 자신의 Y축 좌표를 비교하여, 일치하지 않으면 Y값이 +1 또는 -1되는 제3 전기적 라우터의 상태를 판단하는 단계, 및
(b-3) 상기 제3 전기적 라우터가 블록된 상태가 아니면 상기 제1 전기적 라우터는 상기 제3 전기적 라우터로 상기 컨트롤 패킷을 전송하고, 상기 제3 전기적 라우터가 블록된 상태이면 상기 제1 전기적 라우터는 상기 컨트롤 패킷을 전송한 이전 전기적 라우터로 롤백 패킷을 전송하는 단계를 포함하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법.
제2항에 있어서,
상기 (b-1) 단계에서 상기 목적지 X축 좌표와 상기 자신의 X축 좌표가 일치하고, 상기 (b-2) 단계에서 상기 목적지 Y 축 좌표와 상기 자신의 Y축 좌표가 일치하면, 상기 제1 전기적 라우터는 상기 ACK 신호를 생성하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤 패킷은 출발지 주소, 상기 목적지 주소, 이전 라우터 주소, 지나온 홉(Hop) 개수, 제1 TTL 필드 및 패킷 사이즈를 포함하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 TTL 필드의 값은 하기 수학식에 의해 계산되는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법.

(여기서, Ccnt은 상기 컨트롤 패킷이 상기 전기적 네트워크에서 유지될 수 있는 총 사이클 수이고, Psize는 상기 컨트롤 패킷의 사이즈 이며, felec은 상기 전기적 네트워크 클럭 주파수 이고, Belec은 상기 전기적 네트워크의 대역폭이고, Saps는 상기 전기적 라우터가 동작하는데 필요한 평균 사이클 수이며, h는 칩 안에 있는 총 스위치 개수임)
제5항에 있어서,
상기 제1 TTL 필드의 값은 상기 전기적 라우터들 사이의 홉이 넘어갈 때마다 감소되고, 상기 제1 TTL필드의 값이 0이 되면 상기 광학적 네트워크가 해제되는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터 전송이 시작되면, 생성된 상기 전기적 네트워크 및 광학적 네트워크를 해제하는 해제 패킷을 생성하는 단계,
상기 생성된 해제 패킷을 전송하는 단계,
상기 해제 패킷에 포함되는 제2 TTL 필드의 값을 상기 해제 패킷이 전송되는 클럭 마다 감소시키는 단계, 및
상기 제2 TTL필드의 값이 0이 되면 자동으로 상기 광학적 네트워크를 해제하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법.
제7항에 있어서,
상기 해제 패킷을 생성하는 단계에서는 하기 수학식에 의해 상기 제2 TTL값을 계산하고 상기 제2 TTL 필드의 값을 상기 해제 패킷에 포함시키는 단계를 포함하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템의 라우팅 방법.

(여기서, Ctx는 데이터를 전송할 때 걸리는 클럭 사이클이며, Psize는 전송하는 패킷 크기이며, felec은 상기 전기적 네트워크 클럭 주파수이고, Boptical은 상기 광학적 네트워크의 대역폭 임)
하이브리드 광학 네트워크-온-칩에서 라우팅 시스템에 있어서,
하나의 코어에 커플되며 컨트롤 패킷에 포함되는 목적지 X, Y축 좌표와 자신의 X, Y축 좌표를 비교하여 데이터 전송이 가능한 전기적 라우터들을 검색하여 상기 컨트롤 패킷이 전송되는 전기적 네트워크를 생성하는 복수의 전기적 라우터,
복수의 스위치를 포함하며, 상기 복수의 전기적 라우터의 전기적 네트워크에 대응하여 서로 다른 경로를 갖는 적어도 하나 이상의 광학적 네트워크를 형성하고, 상기 적어도 하나 이상의 광학적 네트워크를 통해 동시에 데이터를 전송하는 복수의 광 라우터, 및
상기 복수의 스위치의 온/오프를 제어하는 컨트롤 유닛을 포함하며,
상기 컨트롤 유닛은 상기 복수의 전기적 라우터에서 입력되는 상기 복수의 스위치의 온/오프 정보를 이용하여 상기 복수의 스위치를 제어하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템.
제9항에 있어서,
상기 복수의 전기적 라우터 중 제1 전기적 라우터는,
상기 컨트롤 패킷이 수신되면, 목적지 X축 좌표와 자신의 X축 좌표를 비교하여, 일치하지 않으면 X값이 +1 또는 -1이 되는 제2 전기적 라우터의 상태를 판단하고,
상기 제2 전기적 라우터가 블록(block) 이면, 상기 제1 전기적 라우터는 목적지 Y축 좌표와 자신의 Y축 좌표를 비교하여, 일치하지 않으면 Y값이 +1 또는 -1되는 제3 전기적 라우터의 상태를 판단하고,
상기 제3 전기적 라우터가 블록이 아니면 상기 제3 전기적 라우터로 상기 컨트롤 패킷을 전송하고, 상기 제3 전기적 라우터가 블록이면 상기 컨트롤 패킷을 전송한 이전 전기적 라우터로 롤백 패킷을 전송하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템.
제9항에 있어서,
상기 복수의 전기적 라우터 중 상기 목적지 코어에 커플되는 목적지 전기적 라우터는 상기 전기적 네트워크가 형성되면 ACK 신호를 생성하고,
상기 ACK 신호는 상기 광학적 네트워크를 통해 상기 복수의 광 라우터 중 목적지 코어에 커플되는 목적지 광 라우터에서 출발지 코어에 커플되는 출발지 광 라우터로 전송되는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템.
제11항에 있어서,
상기 복수의 전기적 라우터 중 상기 출발지 코어에 커플되는 출발지 전기적 라우터는 상기 컨트롤 패킷을 생성하고,
상기 컨트롤 패킷은 출발지 주소, 상기 목적지 주소, 이전 라우터 주소, 지나온 홉(Hop) 개수, 제1 TTL 필드 및 패킷 사이즈를 포함하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제1 TTL 필드의 값은 상기 복수의 전기적 라우터 사이의 홉이 넘어갈 때마다 감소되고, 상기 제1 TTL필드의 값이 0이 되면 상기 광학적 네트워크가 해제되는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템.
제9항에 있어서,
상기 복수의 전기적 라우터 중 출발지 코어에 커플되는 출발지 전기적 라우터는,
상기 데이터 전송이 시작되면, 상기 광학적 네트워크를 해제하는 해제 패킷을 생성하고, 상기 전기적 네트워크를 통해 상기 해제 패킷을 목적지 코어에 커플되는 목적지 전기적 라우터까지 전송하는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템.
제14항에 있어서,
상기 제2 TTL 필드의 값은 상기 해제 패킷이 전송되는 클럭마다 감소되고, 상기 제2 TTL 필드의 값이 0이 되면 자동으로 상기 광학적 네트워크가 해제되는 하이브리드 광학 네트워크-온-칩 시스템.