片上网络对于多核处理器的片上互连起到了重要作用。然而随着片上多核处理器核心数量的增加和时钟频率的提高，处理器核与核之间需要的带宽需求将会大增。传统的金属连线的电互连方式具有高延迟、高功耗以及低通信带宽的缺点，限制了多核处理器网络的发展。而片上光互连具有大通信带宽和低通信延迟的优点，是提高片上网络互连效率的解决方案之一。

片上光网络由多种光子器件组成，包括路由交换器件、激光器、调制器、光波导、光探测器、复用器、解复用器等。其中光学路由器的核心功能是完成对光学链路的建立或者重构。光学链路是两个网络节点之间的连接路径，它的建立是通过将某个专属波长信号分配至该链路的物理路径上完成的。片上光网络中，光学路由器在根据当前的连接请求对各条光链路进行重构，从而完成路由光信号的功能。因此，光学路由器是片上光网络的核心器件。

近日，中国科学院半导体研究所杨林研究员课题组研制出了一种用于网格型片上光网络的硅基严格无阻塞型四端口光学路由器，该四端口光学路由器具有中心对称的拓扑结构，由8个上下载型微环谐振器组成。该器件采用热光调谐，平均每个工作状态的功耗为32.67 mW，每个工作状态下的功耗在0~51 mW范围内。器件在1547.37 nm工作波长处的光学信噪比大于13.8 dB，可实现40 Gbps高速信号的传输，C波段（1525~1565 nm波长范围）内可以应用波分复用技术扩充至8个波长信道传输。器件总吞吐量可达1.28 Tbps，平均功耗效率为25.52 fJ/bit。

该四端口光学路由器性能优异，具有解决片上互连问题的潜力。

该文章以题为“Strict Non-blocking Four-port Optical Router for Mesh Photonic Network-on-chip”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 严格无阻塞四端口光学路由器的显微照相图。

图2. 囊括了全部12条光学链路的三种典型路由状态下的光信号和串扰的传输谱线，其中OSNR为链路的光学信噪比，P为对应路由状态的电学功耗。

文章信息：

Strict non-blocking four-port optical router for mesh photonic network-on-chip

Yuhao Xia, Shanglin Yang, Jiaqi Niu, Xin Fu, Lin Yang

J. Semicond. 2022, 43(9): 092301

doi: 10.1088/1674-4926/43/9/092301

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/9/092301