Brevet FR3007537A1 — publié le 20141226

Réseau optique en anneau, intégré sur puce (OnoC) et procédé associé L'invention concerne les réseaux optiques sur puce et notamment les 5 réseaux optiques sur puce destinés aux architectures de calcul à haute performance. En effet, les architectures de calcul à haute performance comprennent une pluralité de microprocesseurs situés sur une puce commune et qui doivent échangés entre eux de grandes quantités de données. De plus, la consommation 10 d'énergie liée à ces échanges de données doit être la plus faible possible de sorte que les connexions métalliques classiques deviennent trop limitées du fait de leur rapport énergie/quantité de données trop élevé à des débits très élevés, par exemple de l'ordre du Tb/s. Ainsi, l'interconnexion des microprocesseurs par des liaisons optiques apparaît comme une solution pour limiter l'énergie nécessaire à 15 la réalisation de ces échanges de données à des débits très élevés puisqu'elles garantissent une latence très faible dans leur envoi et offrent la possibilité de multiplier le débit par le multiplexage des signaux. Cependant, les architectures de l'état de la technique possèdent généralement une faible flexibilité notamment due à l'utilisation de sources laser 20 externes à la puce. La présente invention vise à pallier au moins partiellement aux inconvénients précités en proposant un réseau optique en anneau, intégré sur puce (0N0C) et multiplexé en longueur d'onde comprenant au moins trois interfaces de réseau optique (ONI) reliées chacune à un composant intégré sur 25 ladite puce, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une unité de gestion des interfaces de réseau optique configurée pour allouer de façon dynamique des ICG30177 canaux de communication entre interfaces du réseau optique en fonction de données à transférer entre lesdits composants intégrés. Les modes de réalisation selon l'invention peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison. Selon un autre aspect de la présente invention, chaque interface de réseau optique comprend, pour chacune des longueurs d'ondes du réseau optique multiplexé, un micro-résonateur, le dit micro-résonateur étant commandé par ladite unité de gestion entre un état passant et un état éjectant vis à vis d'un signal optique circulant sur le réseau optique en anneau au niveau de ladite interface de réseau optique. Selon un aspect additionnel de la présente invention, le micro-résonateur est configuré pour résonner à une longueur d'onde correspondant à la longueur d'onde du signal optique à éjecter lorsqu'il est dans un état éjectant et à une fréquence différente des longueurs d'onde utilisées dans le réseau optique lorsqu'il est dans un état passant. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, chaque interface de réseau optique comprend pour chacune des longueurs d'ondes du réseau optique multiplexé une source laser commandée par ladite unité de gestion pour injecter un signal optique sur le réseau optique en anneau au niveau de ladite interface. Selon un autre aspect de la présente invention, un canal de communication est défini entre une première interface injectant un signal optique à une longueur 25 d'onde déterminée et une deuxième interface éjectant ce signal optique à la longueur d'onde déterminée. Selon un aspect additionnel de la présente invention, l'intensité du signal optique injecté sur le réseau optique en anneau par la source laser est modulée ICG30177 en fonction de la longueur du canal de communication associé. Selon un aspect additionnel de la présente invention, deux canaux de communication ayant des chemins optiques non recouvrants peuvent être alloués 5 sur la même longueur d'onde. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, chaque micro-résonateur est associé à un photodétecteur sur lequel est envoyé le signal éjecté par le micro-résonateur associé. 10 Selon un autre aspect de la présente invention, le micro-résonateur est un micro-résonateur en anneau. Les modes de réalisation de la présente invention concernent également un 15 procédé de gestion d'un réseau optique en anneau, intégré sur puce (0N0C) et multiplexé en longueur d'onde comprenant au moins trois interfaces de réseau optique (ONI) reliées chacune à un composant intégré sur ladite puce, caractérisé en ce que le procédé comporte - une étape de détermination des données à transférer entre les 20 composants intégrés, - une étape d'allocation de canaux de communication entre les interfaces du réseau optique en fonction de données à transférer entre lesdits composants intégrés déterminés lors de l'étape précédente et, - une étape de configuration des interfaces pour établir les canaux de 25 communication alloués à l'étape précédente, lesdites étapes se faisant de manière récursive et dynamique. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des figures suivantes parmi lesquelles : ICG30177 - la figure 1 représente un schéma d'un exemple de réalisation d'un réseau optique en anneau selon la présente invention dans une première configuration ; - la figure 2 représente un schéma d'un exemple de réalisation d'une interface optique du réseau de la figure 1 selon la présente invention ; - La figure 3 représente un schéma du réseau de la figure 1 dans une deuxième configuration ; - La figure 4 représente un schéma du réseau de la figure 1 dans une troisième configuration. Sur toutes les figures, les mêmes éléments sont référencés par les mêmes numéros de référence. Pour les références comprenant un numéro et une lettre, le numéro correspond à une référence générale comprenant tous les éléments d'une classe associée à ce numéro et la lettre désigne un élément particulier de cette classe. Par exemple la référence 9 désigne toutes les sources lasers tandis que la référence 9a désigne une source laser particulière. La figure 1 représente un exemple de puce électronique 1 comprenant un réseau optique en anneau 3 intégré sur ladite puce 1 aussi appelé « optical network-on-chip (0N0C) » en anglais reliant quatre composants 5 intégrés sur ladite puce 1, par exemple des micro-processeurs. Le réseau optique 3 comprend quatre interfaces 7 de réseau optique aussi appelée « optical network Interface (ONI) » en anglais associées respectivement aux quatre composants 5. Les interfaces 7 sont reliées entre elles par un guide d'onde fermé 8. Selon une variante non représentée, les interfaces 7 sont reliées entre elles 25 par plusieurs guides d'onde. Dans ce cas les guides d'ondes peuvent être complètement indépendants les uns des autres posséder donc leurs propre laser, photodetecteurs, etc.). ICG30177 Une telle configuration permet de passer à l'échelle plus facilement si on est limité par le nombre de longueurs d'onde utilisable (pour des raisons de fiabilité par exemple). A la place d'un seul guide avec 32 longueurs d'onde, on peut utiliser 4 guides avec 8 longueurs d'onde. De plus, on utiliser les 2 sens de rotation (horaire et anti-horaire), cela de manière à réduire la distance de propagation des signaux, donc les pertes, et ainsi la consommation énergétique. Le réseau optique 3 est multiplexé en longueurs d'onde et les interfaces 7 sont pilotées par une unité de gestion non représentée qui alloue de façon dynamique des canaux de communication entre les différentes interfaces 7 en fonction des données à transférer entre les différents composants 5 de la puce 1. Les signaux sont transmis à travers le réseau optique 3 via le guide d'onde 8 selon le sens horaire. Ainsi, une interface 7 peut établir des canaux de communication avec les autres interfaces 7 du réseau optique 3 en utilisant les différentes longueurs d'onde disponibles sur le réseau optique 3 comme par exemple les canaux notés À1, À2 et À3 représentés sur la figure 1 et reliant l'interface 7a aux interfaces 7b, 7c et 7d. La figure 2 représente une architecture d'une interface 7 de réseau optique 3 selon un mode de réalisation de la présente invention dans le cas d'un réseau optique comprenant quatre longueurs d'onde notées À1, À2, À3 et À4. L'interface 7 comprend quatre sources lasers 9a, 9b, 9c et 9d configurées pour émettre des signaux respectivement sur les quatre longueurs d'onde À1, À2, À3 et À4. Les signaux émis étant ensuite multiplexés et injectés dans le guide d'onde 8 pour être transmis vers la sortie 17 de l'interface 7 et vers les autres interfaces 7 du réseau optique 3. ICG30177 L'activation ou la désactivation des sources lasers 9 est pilotée par l'unité de gestion en fonction des canaux de communication alloués à partir de l'interface 7. Par défaut, les sources lasers 9 sont désactivées. Dans l'exemple de la figure 2, deux sources lasers 9c et 9d correspondant au longueurs d'onde À3 et À4 sont activées de manière à établir deux canaux de communication vers les autres interfaces 7. Les deux autres sources laser 9a et 9b sont désactivées. L'interface 7 comprend également quatre micro-résonateurs 11 a, 11 b, 11c et lld situés en amont des sources lasers par rapport à la direction des signaux à travers le guide d'onde 8, les quatre micro-résonateurs 11 a, 11 b, 11c et lld étant associés respectivement aux quatre longueurs d'onde À1, À2, À3 et À4. Ainsi, chaque micro-résonateur 11 est configuré pour éjecter ou laisser passer le signal transmis sur la longueur d'onde associée. L'état des micro-résonateurs 11, en mode passant ou en mode éjectant, est piloté par l'unité de gestion en fonction des canaux de communication alloués à destination de l'interface 7. Par défaut, les micro-résonateurs 11 sont dans un état passant. Dans l'exemple de la figure 2, les signaux correspondant aux longueurs d'onde À1 et À3 sont éjectés du guide d'onde 8 respectivement par les micro-résonateurs lia et 11c tandis que le signal transmis sur la longueur d'onde À2 est laissé passer pour être transmis de façon transparente vers les autres interfaces 7. Les quatre micro-résonateurs 11a, 11 b, 11c et 11 d sont couplés respectivement à quatre photo-détecteurs 13a, 13b, 13c et 13d sur lesquels sont envoyés les signaux éjectés par les micro-résonateurs 11. Les signaux reçus par les photo-détecteurs 13 sont convertis en signaux électroniques et transmis vers le composant 5 associé à l'interface 7 du photo-détecteur 13. Les micro-résonateurs 11 sont par exemple des micro-résonateurs en anneau comme représenté sur la figure 2. La fréquence de résonance des micro-résonateurs 11 est définie par le chemin optique de l'anneau de sorte que cette fréquence peut être modifiée, par exemple en modifiant l'indice optique d'au moins une partie de l'anneau du micro-résonateur 11. Ainsi, chaque micro-résonateur 11 est configuré pour résonner à une première fréquence correspondant à une ICG30177 longueur d'onde du réseau optique 3 qui lui est associé, par exemple À1 pour le micro-résonateur 11 a lorsqu'il est en mode éjectant et à une seconde fréquence qui ne correspond à aucune des longueurs d'onde transmise dans le réseau optique 3, par exemple une fréquence située entre À1 et À2 pour le le micro- résonateur 11a, lorsqu'il est en mode passant. Ainsi, chacun des micro-résonateurs 11 d'une interface 7 peut être configuré pour éjecter une des longueurs d'onde du réseau optique 3, et l'ensemble des micro-résonateurs 11 d'une interface 7 peuvent être configurés pour éjecter les signaux transmis sur l'ensemble des longueurs d'onde du réseau optique 3. Ainsi, chaque interface 7 peut éjecter les signaux émis par d'autres interfaces 7 et reçus au niveau de son entrée 15 et peut injecter, par le biais de ses sources laser 9, des signaux destinés aux autres interfaces 7 sur les longueurs d'onde disponibles du réseau optique 3. Les interfaces 7 sont pilotées par l'unité de gestion qui alloue les canaux de communication entre les interfaces 7 en fonction des données à transférer entre les composants 5 associés aux interfaces 7. Ainsi, à un instant tl , les transferts de données sont requis de manière sensiblement égale du composant 5a vers les composants 5b, Sc et 5d, par exemple pour réaliser une diffusion ou « broadcast » en anglais du composant 5a vers les autres composants. L'unité de gestion alloue alors trois canaux de communication, un premier reliant le composant 5a au composant 5b sur une première longueur d'onde À1, un deuxième reliant le composant 5a au composant Sc sur une deuxième longueur d'onde À2 et un troisième reliant le composant 5a au composant 5d sur une troisième longueur d'onde À1 comme représenté sur la figure 1. Pour obtenir, cette configuration, l'unité de gestion pilote les interfaces 7 de sorte que l'interface 7a active ses sources laser 9a, 9b et 9c, que l'interface 7b configure son micro-résonateur lia de manière à éjecter le signal reçu sur la longueur d'onde À1, que l'interface 7c configure son micro-résonateur 11 b de manière à éjecter le signal reçu sur la longueur d'onde À2 et que l'interface 7d configure son micro- résonateur 11c de manière à éjecter le signal reçu sur la longueur d'onde À3. ICG30177 Une fois que la transmission d'au moins un canal de communication établi à l'instant t1 est terminé, les ressources peuvent être ré-alloués par l'unité de gestion. Ainsi, si à l'instant suivant, des données doivent être transférer du composant 5a vers les composant 5b et 5d, du composant 5c vers le composant 5 5d et du composant 5d vers le composant 5c, l'unité de gestion ré-alloue de façon dynamique les différents canaux de communication. Comme représenté sur la figure 3, un premier canal de communication sur la longueur d'onde À1 est alloué entre l'interface 7a et l'interface 7b, un deuxième canal de communication est alloué sur la longueur d'onde À2 entre l'interface 7a et l'interface 7d, un troisième 10 canal de communication est alloué sur la longueur d'onde À3 entre l'interface 7d et l'interface 7c et un quatrième canal de communication est alloué sur la longueur d'onde À4 entre l'interface 7c et l'interface 7d. Ainsi, l'unité de gestion alloue temporairement des canaux de communication de façon dynamique en fonction des données à échanger et ré- 15 alloue les ressources en fonction de la demande des composants lorsque les ressources nécessaires sont libérées. Par ailleurs, il est à noter que deux canaux de communication peuvent être alloués simultanément sur une même longueur d'onde si ils ont des chemins optiques non-recouvrants, c'est-à-dire des chemins optiques qui n'ont pas de tronçon du réseau optique en anneau commun, les 20 tronçons correspondant aux parties de réseau reliant les interfaces 7. Par exemple, dans la configuration de la figure 3, le quatrième canal de communication reliant l'interface 7c à l'interface 7d pourrait être alloué sur la longueur d'onde À1 au lieu de la longueur d'onde À4 puisque son chemin optique n'a pas de tronçon commun avec le chemin optique du premier canal de 25 communication alloué sur la longueur d'onde À1 entre les interfaces 7a et 7b. Les deux chemins optiques sont totalement distincts. L'allocation du quatrième canal sur la longueur d'onde À1 permet ainsi de libérer une longueur d'onde pour établir une autre connexion entre deux interfaces 7. Une fois les transmissions illustrées sur la figure 3 terminées, si une 30 transmission en flux ou « streaming » en anglais est requis entre le composant 5a ICG30177 et le composant 5c, l'ensemble des ressources va être alloué pour cette transmission en flux de sorte que quatre canaux de communication correspondant aux quatre longueurs d'onde À1, À2, À3 et À4 sont établis entre l'interface 7a et l'interface 7c comme représenté sur la figure 4. De plus, afin d'optimiser la consommation d'énergie du réseau, l'intensité du signal injecté par les sources lasers 9 peut être modulée en fonction de la longueur et éventuellement de la longueur d'onde du canal de communication établi. Ainsi, lorsque le canal de communication correspond à un faible parcours optique, par exemple dans le cas du premier canal de communication de la figure 3 entre l'interface 7a et l'interface 7b, l'intensité peut être réduite alors qu'une intensité plus importante sera appliquée au troisième canal de communication qui relie l'interface 7c à l'interface 7d. L'intensité appliquée est donc déterminée par l'unité de gestion en fonction du parcours optique du canal de communication. Les différents niveaux d'intensité peuvent être prédéterminés de manière empirique en testant différentes intensités pour différentes longueurs d'onde et différents parcours optiques correspondant aux différents parcours du guide d'onde 8 reliant les interfaces 7 et en retenant, pour chaque parcours optique et chaque longueur d'onde l'intensité la plus faible permettant d'obtenir la qualité de signal voulue à destination. De plus, il est à noter que les modes de réalisation de la présente invention ne se limitent pas à un réseau comprenant quatre composants et quatre longueurs d'onde comme décrit précédemment mais s'appliquent à tout réseau optique en anneau 3 reliant au moins trois composants 5 et n'est pas limité au niveau du nombre de longueurs d'onde transmises dans le réseau optique. Par ailleurs, les différentes figures sont purement illustratives de sorte que l'échelle des éléments représentés ne correspond pas à l'échelle réelle. Le procédé de gestion du réseau optique 3 comprend donc les étapes suivantes mises en oeuvre par l'unité de gestion qui est reliée au différents ICG30177 composants et aux différentes interfaces, par exemple par des liaisons électroniques : - une première étape de détermination des données à transférer entre les composants intégrés 5. Cette détermination étant réalisée à partir des informations envoyées par les différents composants 5 à l'unité de gestion, par exemple par le biais de requête émises par les composants et transmises à l'unité de gestion selon un protocole de réservation de ressources. - une deuxième étape d'allocation de canaux de communication entre les interfaces 7 du réseau optique 3 en fonction de données à transférer entre lesdits 10 composants intégrés 5 déterminés lors de l'étape précédente. - une troisième étape de configuration des interfaces 7 pour établir les canaux de communication alloués à l'étape précédente. Ces étapes se font de manière récursive et dynamique. Ainsi lorsqu'au moins une des transmissions réalisées via les canaux de communication établis 15 lors de la troisième étape est terminée, l'unité de gestion ré-alloue les ressources libérées en fonction des demandes des composants 5. Ainsi, les modes de réalisation de la présente invention permettent d'établir des connexions dynamiques entre les composants d'une puce électronique 1 par le biais d'une allocation dynamique de canaux de communication entre les 20 interfaces optiques 7 associées aux composants 5. Les canaux de communication optique permettant de tirer profit de la rapidité, de la capacité et de la flexibilité des transmissions optiques. De plus, ces performances sont obtenues en limitant la consommation énergétique de la puce électronique 1. Ainsi, la présente invention permet la mise en oeuvre de microprocesseurs de très haute capacité ayant une 25 consommation réduite. ICG30177 REVENDICATIONS1. Réseau optique en anneau (3), intégré sur puce (1) (0N0C) et multiplexé en longueur d'onde comprenant au moins trois interfaces (7) de réseau optique (3) (ONI) reliées chacune à un composant intégré (5) sur ladite puce (1), caractérisé en ce qu'il comporte en outre une unité de gestion des interfaces (7) de réseau optique (3) configurée pour allouer de façon dynamique des canaux de communication entre interfaces (7) du réseau optique (3) en fonction de données à transférer entre lesdits composants intégrés (5). 2. Réseau optique (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque interface (7) de réseau optique (3) comprend, pour chacune des longueurs d'ondes du réseau optique (3) multiplexé, un micro- résonateur (11), le dit micro-résonateur (11) étant commandé par ladite unité de gestion entre un état passant et un état éjectant vis à vis d'un signal optique circulant sur le réseau optique en anneau (3) au niveau de ladite interface (7) de réseau optique (3). 3. Réseau optique (3) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le micro-résonateur (11) est configure pour résonner à une longueur d'onde correspondant à la longueur d'onde du signal optique à éjecter lorsqu'il est dans un état éjectant et à une fréquence différente des longueurs d'onde utilisées dans le réseau optique (3) lorsqu'il est dans un état passant. 4. Réseau optique (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque interface (7) de réseau optique (3) comprend pour chacune des longueurs d'ondes du réseau optique multiplexé (3) une source laser (9) commandée par ladite unité de gestion pour injecter un signal optique sur le réseau optique en anneau ICG30177(3) au niveau de ladite interface (7). 5. Réseau optique (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un canal de communication est défini entre une première interface (7) injectant un signal optique à une longueur d'onde déterminée et une deuxième interface (7) éjectant ce signal optique à la longueur d'onde déterminée. 6. Réseau optique (3) selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'intensité du signal optique injecté sur le réseau optique en anneau (3) par la source laser (9) est modulée en fonction de la longueur du canal de communication associé. 7. Réseau optique (3) selon la revendication 5, caractérisé en ce que deux canaux de communication ayant des chemins optiques non recouvrants peuvent être alloués sur la même longueur d'onde. 8. Réseau optique (3) selon l'une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que chaque micro-résonateur (11) est associé à un photodétecteur (13) sur lequel est envoyé le signal éjecté par le micro-résonateur (11) associé. 9. Réseau optique (3) selon l'une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2 dans lequel le micro-résonateur (11) est un micro-résonateur en anneau. 10. Procédé de gestion d'un réseau optique en anneau (3), intégré sur puce (1) (0N0C) et multiplexé en longueur d'onde comprenant au moins trois interfaces (7) de réseau optique (3) (ONI) reliées chacune à un composant (5) intégré sur ladite puce (1), caractérisé en ce que le procédé comporte - une étape de détermination des données à transférer entre les ICG30177composants intégrés (5), - une étape d'allocation de canaux de communication entre les interfaces (7) du réseau optique (3) en fonction de données à transférer entre lesdits composants intégrés (5) déterminés lors de l'étape précédente et, - une étape de configuration des interfaces (7) pour établir les canaux de communication alloués à l'étape précédente, lesdites étapes se faisant de manière récursive et dynamique. ICG30177