(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに双方向性導波路を通して接続された複数の光スイッチを有する光通信ネットワークと、前記複数の光スイッチのそれぞれに対応して備えられ、パス設定用の電気ワイヤを介して互いに接続された複数の電気ルータを有する電気コントロールネットワークを有する光ネットワーク・オン・チップシステムのセットアップ方法であって、
前記双方向性導波路における光信号のパス及び光信号の波長に対応する前記光スイッチの設定を要求するパスセットアップ制御パケットをソースノードから前記電気ワイヤを通して前記複数の電気ルータに順次送り、前記パスセットアップ制御パケットにより所定の波長リソースを要求し、
前記パスセットアップ制御パケットの要求が可能であれば、対応する光スイッチをオンにし、前記電気コントロールネットワーク上の次のホップに、前記パスセットアップ制御パケットを進め、更に
伝達先ノードが、前記パスセットアップ制御パケットを受信する時、前記伝達先ノードが前記光通信ネットワークを介してＡＣＫ信号を前記ソースノードに返し、次いで、
前記ソースノードから前記双方向性導波路を通して光データパケットの送信を開始する
ことを特徴とする光ネットワーク・オン・チップシステムのセットアップ方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記光ネットワーク・オン・チップシステムは、
前記複数の光スイッチのそれぞれが複数の入力及び出力ポートを有し、行先が同じ出力ポートで重複しない限り、内部パスが、いずれかの入力ポートからいずれかの出力ポートへ流れるデータパケットに対して形成されている、
ことを特徴とする光ネットワーク・オン・チップシステムのセットアップ方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数の光スイッチのそれぞれは、交叉光導波路にあるミクロリング共振器を有し、前記ミクロリング共振器をON,OFF状態に制御して内部パスが形成される、
ことを特徴とする光ネットワーク・オン・チップシステムのセットアップ方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記電気ルータが対応する光スイッチからティアダウンパケットを受信する時、前記電気ルータが、前記ティアダウンパケットに符号化された情報に従い、対応する光スイッチをオフにし、次のステップのためのティアダウン信号を生成する、
ことを特徴とする光ネットワーク・オン・チップシステムのセットアップ方法。
【請求項５】
請求項１において、
前記パスセットアップ制御パケットの要求が可能でなければ、前記パスセットアップ制御パケットをパスブロックパケットに変換し、前記電気コントロールネットワークを通して前記パスブロックパケットを前記ソースノードに返送し、前記パスブロックパケットが到達するノードの設定を開放する、
ことを特徴とする光ネットワーク・オン・チップシステムのセットアップ方法。
【請求項６】
請求項１において、
前記電気ルータが対応する光スイッチからティアダウンパケットを受信する時、前記ティアダウンパケットに符号化された情報に従い、前記電気ルータにより対応する光スイッチをオフにし、次のホップのために新しいティアダウン信号を生成する、
ことを特徴とする光ネットワーク・オン・チップシステムのセットアップ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれコントロールユニットを有する非ブロック光スイッチを用いる光ネットワーク・オン・チップシステム、及びその光ネットワーク・オン・チップのセットアップ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造技術における応用の複雑さ及び改良の進展に伴い、チップ上に数十、数百という数の処理エレメント（PEｓ）を有するチップマルチプロセッサが、主流になってきている。効率的なオンチップ通信構造は、通信帯域及び待ち時間の制約を満たすための基本である。ネットワーク・オン・チップ（NoC）アーキテクチャは、これら複雑なシステムのパフォーマンスと設計の生産性要件を満たす実行可能な解決策として提案されている。
【０００３】
従来システムの設計を単純化することに加えて、NoCは、伝統的なバスベースの通信構造において見られる大きさ及びワイヤ遅延問題のような、他のデザイン及びパフォーマンスの挑戦を処理することが提案されている[非特許文献12]。
【０００４】
光ネットワーク・オン・チップ(PNoCs)は、新規な思想であり、秒単位テラビットにおける超広通信帯域、低消費電力、及び小通信待ち時間を可能にする。
【０００５】
PNoCsは、特に新しい光デバイスが、CMOC技術で直接集積化できるので、より魅力的である。波長分割多重（WDM）と組み合わされると、多重の並列光データ流が、単一の導波路を通して同時に伝送される。
【０００６】
これは、ビット流毎に特定の当金属ワイヤを必要とする純粋な電気ネットワーク・オン・チップ（ENoC）とは異なる。
【０００７】
光相互接続されたマルチコアシステム・オン・チップは、演算及び蓄積IP(知的所有)コンポーネント/コアを有し、電気−光ネットワークを通してデータを交換する。電気NoCs(ENoCs)は、電気ルータとリンクを集積して、光リソースを制御するための要求されるメッセージを送信する。
【０００８】
PNoCsは、ミクロリング共振器（MRs）、レーザ及び導波路を用い、光信号を通して、IPｓ間でデータ情報を交換する。電気−光（E-O）及び光−電気（O-E）変換器は、ENoCsとONoCs間の相互作用を可能にする。
【０００９】
光通信に対する要求を生成するソースIPと前記通信の伝達先であるターゲットIP間の通信を確立するために、光リソースが確保されなければならない。
【００１０】
PNoCシステムにおけるキーである電力削減は、一旦、光パスが確立されると、光データはバッファリング、中継、あるいは再生を必要とせずに、端から端に送信されるという事実から来ている。これは、メッセージがバッファリングされ、再生され、そして幾度か中間ルータリンク上を送信されるという電気NoCsとは異なる。
【００１１】
さらに、光ルータ／スイッチは、電気ルータにおけるような送信されるデータのビット毎に切り換えるといことは必要がない。光スイッチは、メッセージ毎に一度スイッチをON,OFFする。そして、それらのエネルギーの消費は、ビットレートに依存しない。この特徴は、超広帯域のメッセージの送信を可能にし、伝統的な電気ネットワークに見られる電力コストを回避する。
【００１２】
従来のハイブリッドPNoCシステムにおいては、ソースノードが、まず銅ベースの電気リンクを介して伝達先ノードに形成パケットを発行する。形成パケットは、電気コントロールネットワーク（ECN）を介して導かれ、光通信ネットワーク(PCN)において前記形成パケットに続く光メッセージ用のパスに沿って光スイッチを確保する。形成パケットは、伝達先アドレスと他の追加的なコントロール情報を有する。
【００１３】
伝達先ノードが形成パケットを受信すると、当該伝達先ノードがACK信号（確認）を、ECNを介して送り、光パスがセットアップされたことを確認する（特許文献６）。このACK信号が前記ソースノードで受信し、処理されると、光データがPCNを介して送られる。光データ送信が終わると、予約されたパスが開放パケットにより開放される。
【００１４】
ハイブリッドPNoCsの回路スイッチの特性は、オンチップ通信のパフォーマンスと電力特性に直接に影響する。発明者の先に行った研究で観察されるように、ハイブリッドPNoCsのエネルギーオーバヘッドは、主としてECNにより生ずる。さらに、パス設定に含まれる異なるステップを実行するために要求される待時間は、光データの転送そのものよりもはるかに長くなる。
【００１５】
ハイブリッドオンチップ光ネットワーク設計において、いろいろの挑戦を解決するべく多くの研究がなされている。[非特許文献1]において、光相互接続ネットワークにおける回路スイッチメモリアクセスが提案された。この研究は、典型的なハイブリッドPNoCであり、全てのセットアップ設定のステップ、例えば、パス-セットアップ、確認（ACK）及びティアダウン(tear-down)が、電気層で生成、実行される。[非特許文献２]において、ネットワークからの入力／ネットワークへの出力のための２つのウエイが付属する４ｘ４非ブロックスイッチを使用する回路スイッチメッシュが紹介されている。
【００１６】
他の研究[非特許文献３]は、Quickly Acknowledge and Simultaneously tear-down(QAST)と呼ばれ、パスセットアップ及びティアダウン処理の間の制御遅延を減らす新規のプロトコルを提示している。
【００１７】
[非特許文献４]の著者は、一般的な波長ルートの光ルータを用いるbutterfly fat-treeベースのハイブリッド光電NoCアーキテクチャを提案している。
【００１８】
他の研究[非特許文献５，６]においては、電気層が削除され、光回路パスをセットアップするためにround-robin fairnessを提供する時分割多重調整により置き換えている。この研究では、いずれのノード間のそれぞれの通信が特定のタイムスロットでのみ実行が許される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−１１０５１２号公報
【特許文献２】再表２０１０−１３７５７２号（国際公開第２０１０／１３７５７２号）
【特許文献３】特開２０１１−０３５９０６号公報
【特許文献４】特開２０１４−１８６５０９号公報
【特許文献５】特開２０１５−１１９３８７号公報
【特許文献６】米国特許第８，３４０，５１７ Ｂ２号明細書
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】G. Hendry et al., “Circuit- Switched Memory Access in Photonic Interconnection Networks for High-Performance Embedded Computing”. Proceedings of the 2010 ACM/IEEE International Conference on High-Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, pages 1-12, 2010.
【非特許文献２】J. Chan et al., “Physical-layer modeling and system-level design of chip-scale photonic interconnection networks”. IEEE Trans. Computer-Aided Design Integrated Circuits Systems. Vol. 30, No. 10, pages 1507-1520, 2011.
【非特許文献３】Y. Ye et al., “3-D Mesh-Based Optical Network-on-Chip for Multiprocessor System-on-Chip”. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, Vol.32, No.4, pages 584,596, 2013.
【非特許文献４】X. Tan et al., “A Hybrid Optoelectronic Networks-on-Chip Architecture”. Journal of Lightwave Technology, Vol.32, No.5, pages 991-998, 2014.
【非特許文献５】Hendry G et al., “Time-Division-Multiplexed Arbitration in Silicon Nanophotonic Networks-On-Chip for High-Performance Chip Multiprocessors”. Journal of Parallel and Distributed Computing, Vol. 71, pages 641-650, 2011.
【非特許文献６】G. Hendry et al., “Silicon Nanophotonic network-on-chip using TDM arbitration”. Proceedings of IEEE Symposium on High-Performance Interconnects, pages 88-95, 2010.
【非特許文献７】A. Ben Ahmed and A. Ben Abdallah, “PHENIC: Towards Photonic 3D-Network-on-Chip Architecture for High-throughput Many-core Systems-on-Chip”.  The 14th International Conference on Sciences and Techniques of Automatic control and computer engineering, pages 1-9, 2013.
【非特許文献８】A. Ben Ahmed et al., Efficient Router Architecture, Design and Performance Exploration for Many-core Hybrid Photonic Network-on-Chip (2D-PHENIC). To appear in the 2015 International Conference on Information Science and Control Engineering (ICISCE), 2015.
【非特許文献９】A. Ben Abdallah and A. Sowa, “Basic network-on-chip interconnection for future Giga scale MCSoCs applications: communication and computation orthogonalization”. Proceedings of the TJASSST 2006 symposium on science, 2006.
【非特許文献１０】A. Ben Ahmed and A. Ben Abdallah, “Graceful Deadlock-Free Fault-Tolerant Routing Algorithm for 3D Network-on-Chip Architectures”, Journal of Parallel and Distributed Computing, Vol. 74, No. 4, pages 2229-2240.
【非特許文献１１】A. Ben Ahmed and A. Ben Abdallah, “Architecture and Design of High-throughput, Low-latency, and Fault-Tolerant Routing Algorithm for 3D-Network-on-Chip (3D-NoC)”. The Journal of Supercomputing, Vol. 66, No. 3, pages 1507-1532.
【非特許文献１２】A. Ben Abdallah, “Multicore Systems-on-Chip: Practical Hardware/Software Design”, 2nd edition, Publisher: Atlantis, 2013, ISBN-13: 978-9491216916.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ハイブリッドPNoCシステムの問題に言及する既存の種々の解決策に拘わらず、未だいくつかの問題が残る。
【００２２】
第1に、解決先の多くは、電気層(ECN)において、全てのパスセットアップ機能が生成され，実行される。これは、パスセットアップ機能を実行するために必要とする全てのパケットが図1に示す様に、同じリソースを共用するので、高い輻輳に繋がる。
【００２３】
図１は、パスセットアップ制御パケット（PSCP）とティアダウンパケット間の従属の例を示す説明図である。図1において、５つのポート、即ち、ノース(North)、イースト（East）、サウス（South）、ウエスト（West）及びローカル（Local）ポートが中央ルータ１００に備えられる。
【００２４】
第１のケースでは、所定の通信（C3:W-E）のPSCP１０１ＡがWest入力ポートに格納され、East出力ポートを要求している。しかし、要求された（West 入力ポートと要求されたEast出力ポート用）リソースは、先の通信（C1）により使用されている。ティアダウンパケット１０１Ｂが次の周期でこれらのリソースを開放する事実に拘わらず、PSCP１０１Aが欠落され、パスブロックパケット１０１Cが生成されて新しいPSCPが生成されるソースノード（破線１０２）に送り返される。
【００２５】
同様に第２のケースでは、South入力ポートにおけるPSCP１０３Ａは、North出力ポート（C6:S-N）を要求している。 このケースでは、PSCP１０３Aは、先の通信（C4）と同じ出力ポートを共用していない。それにも拘わらず、PSCP１０３Ａは、入力ポートリソースが既に予約され、次の周期で同じ入力ポートにあるティアダウンパケット１０３Ｂにより開放されるので、PSCP１０３Aは、ブロックされる。更なるケースでは、PSCP（１０４Ａ）とティアダウンパケット１０４Ｂは、異なる入力ポートに位置し、同じローカル出力ポート(L)を要求している。
【００２６】
調停の理由のために、PSCPは、最初に提供され、従って、ローカル出力ポートリソースが次のサイクルで開放される事実に拘わらず、ブロックされる。この場合は最悪と考えられる。これは、PSCPは既に伝達先ノードにあるからである。しかし、PSCPは、ブロックされ、ティアダウンパケットに依存するため、ソースノードに戻らねばならない。
【００２７】
結果として、この従来の方法は図１に説明されるように、電力消費と遅延を大きくするのみでなく、パスセットアップを確実にするためにパケットのブロック確率を増やす。第２に，従来の中央ルータは必要な調停と、制御機能の実行に対応するために非常に複雑である。
【００２８】
したがって、本発明の目的は、それぞれのコントロールユニットを伴う非ブロック光スイッチを用いた光ネットワーク・オン・チップシステムと、上記問題を解決する光ネットワーク・オン・チップのセットアップの方法を提示するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記課題を解決する本発明に従う光ネットワーク・オン・チップシステムは、互いに双方向性導波路を通して接続された複数の光スイッチを有する光通信ネットワークと、前記複数の光スイッチのそれぞれに対応して備えられ、パス設定用の電気ワイヤを介して互いに接続された複数の電気ルータを有する電気コントロールネットワークを有し、前記双方向性導波路上の波長リソースを要求するパスセットアップ制御パケットがソースノードから前記電気ワイヤを通して前記複数の電気ルータに順次送られ、伝達先ノードが、前記セットアップ制御パケットを受信する時、前記伝達先ノードがACK信号を、前記光通信ネットワークを介して前記ソースノードに送る。
【００３０】
第１の態様として、前記光ネットワーク・オン・チップシステムにおいて、前記複数の光スイッチのそれぞれが複数の入力及び出力ポートを有し、行先が同じ出力ポートで重複しない限り、内部パスが、いずれの入力ポートからいずれの出力ポートへ流れるデータパケットに対して形成されている。
【００３１】
第２の態様として、前記光ネットワーク・オン・チップシステムにおいて、前記複数の光スイッチのそれぞれは、交叉光導波路にあるミクロリング共振器を有し、前記ミクロリング共振器をON,OFF状態に制御して内部パスが形成される。
【００３２】
さらなる態様として、前記光ネットワーク・オン・チップシステムにおいて、前記光ネットワーク・オン・チップシステムにおいて、前記電気ルータが対応する光スイッチからティアダウンパケットを受信する時、前記電気ルータは、前記ティアダウンパケットに符号化された情報に従い、対応する光スイッチをオフにし、次のステップのためのティアダウン信号を生成する。
【００３３】
上記課題を解決する本発明に従う光通信ネットワーク及び電気コントロールネットワークを有する光ネットワーク・オン・チップのセットアップ方法は、前記電気コントロールネットワークを通して、ソースノードからパス設定制御パケットにより所定の波長リソースを要求し、前記要求した波長リソースが可能であれば、対応する光スイッチをオンにし、前記電気コントロールネットワーク上の次のホップに、前記パス設定制御パケットを進め、そして、伝達先ノードが前記パス設定制御パケットを受信するとき、前記伝達先ノードが光ネットワークを介してＡＣＫ信号を前記ソースノードに返す。
【００３４】
前記光ネットワーク・オン・チップのセットアップ方法において、第１の態様として、前記要求した波長リソースが可能でなければ、前記パス設定制御パケットをパスブロックパケットに変換し、前記電気コントロールネットワークを通して前記パスブロックパケットを前記ソースノードに返送し、前記パスブロックパケットが到達するノードの波長リソースを開放する。
【００３５】
前記光ネットワーク・オン・チップのセットアップ方法において、第２の態様として、前記電気ルータが対応する光スイッチからのティアダウンパケットを受信するとき、前記ティアダウンパケットに符号化された情報に従い、前記電気ルータにより対応する光スイッチをオフにし、次のホップのために新しいティアダウン信号を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】パスセットアップ・制御・パケット（ＰＳＣＰ）とティアダウンパケット間の従属例を示す説明ブロック図である。
【図２】本発明に従う光メッシュベースのネットワーク・オン・チップの一般的構成である。
【図３】光スイッチ（PS）,電気ルータ（ER）及び処理エレメント（PE）をそれぞれ有するネットワークノードの構成例である。
【図４】非ブロック光スイッチ（PS）を示す図である。
【図５Ａ】クロススイッチエレメントを示す図である。
【図５Ｂ】パラレルスイッチエレメントを示す図である。
【図６】５x５光簡易電気ルータを示す図である。
【図７】発明に従うパスセットアップアルゴリズムを示す図である。
【図８】成功パスセットアップ処理工程を示す図である。
【図９】提案のパスセットアップアルゴリズムの失敗例を示す図である。
【図１０】提案のパスセットアップアルゴリズムの成功例を示す図である。
【図１１】提案のパスセットアップアルゴリズムの最終処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の実施例を添付の図面に従い説明する。この実施例は発明の理解のために用意されており、発明の保護の範囲は、これら実施例に限定されるものではない。
【００３８】
図２は、本発明に従う光メッシュベースのネットワーク・オン・チップシステムの一般的な構成である。光メッシュベースのネットワーク・オン・チップシステムは、二つのネットワーク：それぞれチップ上に層形成される、光通信ネットワーク（PCN）と電気制御ネットワーク（ECN）を有する。
【００３９】
同じチップへの電気と光技術の集積化は、三次元集積化により可能である。単一のチップにECN用の電気層の上にPCN用の光層を積み重ねる。
【００４０】
電気層は、計算と格納ＩＰの全てをECNと一緒にグループ化する。ECNは、スルー・シリコン・ビア（TSV）を通してPCNに接続される。図２に示される例では、PCNは、16個の光スイッチ（PSs）を有する。16個の光スイッチは、ネットワークのそれぞれのノードに位置し、双方向導波路２により相互接続され、IP 部品間の光データ通信用に用いられる。PCNはチップを横断して光パケットを伝送する。変調器及び検出器は各ノードに位置し、電気-光及び光-電気（E-O/O-E）変換器により実行して送信／受信機能をサポートする。
【００４１】
図２に示されるように、ECNは、同様にネットワークのそれぞれのノードに位置し、
電気メタリック線4により相互接続される16個の電気ルータ（ERs）３を有し、制御の目的に用いられる。ECNは、電気信号を用い、対応する光スイッチ１に備えられ、対応する処理エレメント（PE)５により制御されるそれぞれのミクロリング共振器（MR）を電源ON,OFFしてパケット毎のルーティング要求に従いスイッチ構造を構成する。
【００４２】
光スイッチ(PSs)１と電気ルータ（ERs）の数は、ネットワークサイズに依存する。例えば、６４コア(IPs)のサイズのシステムは６４個のERsと６４個のPRsで構成される。
【００４３】
図３は、それぞれに光スイッチ（PS）１、電気ルータ(ER)３、及び処理エレメント(PE)５を備えるネットワークノードの構成例であり、以降ERとPSユニットと称する。
【００４４】
図３で拡大されているERとPSユニットにおいて、光通信ネットワーク（PCN）と電気コントロールネットワーク(ECN)が、ネットワークインタフェース６を介して処理エレメント(PE)５に接続されている。PE５は、光データをPCNと交換し、一方、制御パケットをECNと交換する。
【００４５】
ネットワークインタフェース６において、OE/EO変換器が備えられ、それによりネットワークインタフェース６は、PCNから光データを受信し、トランスインピーダンス７とデジタイザ(デジタル化器)８を通して対応するデータ信号をPE５に送る。そして、データ信号をPE５からシリアライザ（直列化器）９とドライバ１０を通して受信し、対応する光データをPCNに送る。
【００４６】
同時に、PE５は、ネットワークインタフェース６を通して、ECNと制御パケットを送受する。ネットワークインタフェース６は、（それぞれのPE５からの）電気信号を電気パケット／フリットに変換する。
【００４７】
[非ブロック光スイッチ]
図４は、発明に従う５ｘ５の非ブロック光スイッチ（PS）1を示す図であり、この非ブロック光スイッチ（PS）1は、それぞれ入力と出力用の２つの導波路を持つ、５つの双方向ポート；注入／排出ポート４０Ａ、ノースポート４０Ｂ、イーストポート４０Ｃ、サウスポート４０Ｄ，及びウエストポート４０Ｅを有する。
【００４８】
２つの導波路のそれぞれは、図３に説明したようにネットワークインタフェース６に備えられるＥＯ／ＯＥインタフェースを通して機能コアに接続される。機能コアは、プロセッサ、メモリコントローラ、周辺コントローラ、その他である。
【００４９】
光スイッチ（PS）１は、同じ出力をパケットの伝達先としていない限り、いずれの入力からいずれの出力への内部パスを補償するので、非ブロックである。
【００５０】
提案の光スイッチ(PS)１は、それぞれ図４における対応する数字1-18の位置にある18個のMRｓ（ミクロリング共振器）を実装している。確認（ACK）及びティアダウン信号に対して光スペクトラムにおける５つの波長λ０-λ４、ティアダウン信号に対し４つの波長λ１-λ４、ACK信号に対し１つの波長λ０が使用される。
【００５１】
残りの利用可能の波長は全てあるいは部分的に、光ペイロードデータの通信に使用できる。ACK信号及びティアダウン信号の制御に使用される５つの波長λ０-λ４は、ネットワークのサイズに拘わらず一定である。
【００５２】
図４において、ハイブリッドスイッチポリシー：（１）(18MRsの)ブロードバンドスイッチエレメントの状態を操作することでデータの信号に対する空間的切換え、及び（２）それぞれのポートの入力及び出力に置かれる(正方形と６角形で示される)検出器と変調器を使用してティアダウン信号に対する波長の選択的な切り換えが使用される。
【００５３】
ティアダウン信号はホップ毎にチェックされ、再生成されるべきであるので、それらの操作は、自動的に且つデータ信号とのインタフェースもスイッチ内部でのブロックも無く行われるべきである。
【００５４】
MRsは、光信号のパスを効率的にガイドでき、送信データの送信用の光変調器として、あるいは光NoCからのデータの欠落及び受信用のフィルタとして役割を果たすことができる。
【００５５】
MRの基本的構成は、まっすぐな導波路と結合したシリコンリングからなる。リング状況が偶数に等しい時、光波長が共振条件にあれば、まっすぐな導波路からの光の大部分は、リングの内側に回り、導波路により伝送される光が抑制される。共振条件は、リンク上に電界をかけることによりにより変化可能である。
【００５６】
図５Ａ,５Ｂは、使用される基本の１ｘ２(１入力２出力)の、MRsを使用する光スイッチエレメントを示す。図５Ａは、クロス光導波路５０，５０ｂを有するクロススイッチエレメントを示す図であり、図５Ｂは、並列の光導波路５２ａ，５２ｂとＭＲ５３を有する，並列スイッチエレメントを示す図である。
【００５７】
図に示すように、光源５０からの入力光信号は、（入力信号波長がMRの共振波長に一致する場合；図５Ａ（ａ）、図５Ｂ（ａ），ON状態参照）リングに結合されるか、あるいは入力光信号は、（入力波長がMRの共振波長と異なる場合；図５Ａ（ｂ）、図５Ｂ（ｂ），OFF状態参照）パスに沿って継続できる。
【００５８】
本発明において、非ブロック光スイッチは、パスセットアップの過程で要求される、確認（ACK）及びティアダウン信号を扱う。
【００５９】
競合気付き(contention -aware)パスセットアップアルゴリズム （アルゴリズム１に示される）は、光層と電気層が互いに独立して動作する態様で、PCNからECNを分離する。
【００６０】
このアルゴリズムは、異なるパスセットアップパケット−パスセット制御パケット、ACK及びティアダウンパケットを編成する。
【００６１】
これは、非常にECNにおける競合を低減し、エネルギーを減らし、更にスループットを向上する。
【００６２】
[簡易電気ルータ]
ECNにおいて、パケットは、Wormhole様のスイッチポリシーを使用するネットワークに向けられ、Dimension-Ordered-Routing（DOR-XY）に従って送られる。加えて、ECNは、Stall-Go-flowコントロールメカニズムを用いる[非特許文献１２]。
【００６３】
ECNは、図６に示す様に、５x５の簡易電気ルータ（ER）に基づく。ERは、３つのパイプラインステージ：バッファ書込み（BW）６１ａとルート計算６１ｂ、スイッチ配置（ＲＣ／ＳＡ）６２、及びクロスバートラバース（CT）６３のステージを有する。
【００６４】
電気調停部６４は、対応する光スイッチ（PS）から検知されたティアダウン信号を受信する。このティアダウン信号の符号化された情報に従い，対応するMRsが、光スイッチコントローラ６５により開放される（OFFにされる）。そして、新しいティアダウンが次のホップに対して生成される。この過程は完全にパスリソースが開放されるまで繰り返される。
【００６５】
[パスセットアップアルゴリズム]
パスセットアップアルゴリズムは、パスセットアップに含まれる４つの主処理：パスセットアップ、パスブロック、確認、及びティアダウンを制御する。提案のパスセットアップに含まれる全てのステップは、図７のアルゴリズム１に示される。
【００６６】
ここで、パスセットアッププロセスを図面に従って説明する。図８は、発明に従って、所定の組(ソース８０，伝達先８１)間の伝送のための必要な全てのリソースを確保できた成功したパスセットアップを示す。
【００６７】
図８において、複数の光スイッチ（PSs）PS1-PSｎは、双方向光導波路２を介して接続される。そして、複数の電気ルータ（ERs）ER１- ERｎが、前記複数の光スイッチ（PSs）PS1-PSｎに対応して備えられ、金属ワイヤ４を通して接続される。
【００６８】
複数の電気ルータ（ERs）ER１- ERｎのそれぞれは、ソースノード８０から到達ノード８１への光データ通信のリソースをアクティブにセットアップする様にMRsを示すミクロリング共振器配置テーブル（MRCT）、とフリーかアクティブかのMRsの状態を示すミクロリング共振器状態テーブル（MRST）を有する。
【００６９】
ここで、ミクロリング共振器配置テーブル（MRCT）に従いMRs４，１２，１６，１７によりセットアップされたパスを通して、ソースノード８０から到達ノード８１に光データを送信するパス設定プロセスを説明する。
【００７０】
まず、ソースノード８０は、パスセットアップ制御パケット（PSCP）を発行する。PSCPは、ECN 内を伝達され、到達アドレスとソースアドレスの情報を含む。それぞれのホップで、対応するPSsにおける出力ポートがDimension-Ordered XY ルーティングに従い計算される。
【００７１】
確保が成功した後、PSCPは電気パス４を次のホップに引き継ぐ。同じプロセスが繰り返され、パスの残りの部分に対する必要なMRsを確保する。このプロセスは、図７のアルゴリズム１の１-１０行に示される。
【００７２】
図９は、失敗した要求の場合を示す。図９において、伝達先８１への電気パス４に沿う所定のホップで要求されたMRsが利用できない場合、ブロックが生じる。この場合、PSCPはパスブロックパケット（PB）に変換され、ソースノード８０に返送され、既に確保されたリソースを開放する。この開放は、MRSTの対応するスロットを“０”にアップデートし、OFF電気信号を対応する、PCN内のMRsに送ることにより行われる。
【００７３】
図１０は、成功の場合を示す。図１０において、PSCPが到達ノード８１に成功して到達すると、後者の対応するネットワークインタフェース（NI）８３が１ビットの光信号を変調し、PCNの双方向導波路２を通してACK信号をソースノード８０に送り返す。これは、図７のアルゴリズム１の１６-２０行、及び図１０に見られる。ACK信号が到着すると、ソースノード８０はゲートウエイ８４においてデータ変調器を通してデータのペイロードを変調する。そして、変調されたデータペイロードを伝達先ノード８１にPCNにおいて端から端までの態様で送る。図７のアルゴリズム１の２１-２５行に、このデータ転送フェーズを示している。
【００７４】
図１１は、ティアダウンステップである提案のパスセットアップアルゴリズムの、最終プロセスを示している。ティアダウンステップは、図７のアルゴリズム１の２６-３１行に示される。全てのデータペイロードがPCNに送信された時、他の通信で使用するために、既に確保されたリソースを開放することが必要である。
【００７５】
このプロセスは、ソースノード８０により行われ、ティアダウン信号を伝達先ノード８１に送る。図１１に示す様に、ソースNI８２が８ビットの電気ティアダウン信号（TD）を第１の電気ルータER１に送る。電気ルータER１における電気コントローラ（EC）が前記信号に埋められた出力ポートをデコードし、MRCTをチェックして現在の通信に含まれるMRsを知る。
【００７６】
MRsが非活性化された後、新規の光ティアダウン信号が使用波長に従い生成される。新規の光ティアダウン信号は、PCNを通して次のホップに送られ、そこで新規の光ティアダウン信号は電気信号に戻され、処理される対応する電気ルータにおけるECに再送される。このプロセスの後、MRsは、開放され，新規の光ティアダウンが生成される。このプロセスは、ティアダウンが伝達先に届くまで繰り返される。
【００７７】
MRSTは、フリーとアクティブの２つの状態のみを含む。PSCPがそれらを確保することに成功すると、直ちにMRsがON(又は１)にセットされる。確保されたパスのいくつかの部分は、“ON”にセットされ、リソースが確保できないことにより“OFF”にセットされる。しかし、確保されたパスはPCN において、速いACK送信を可能にする。
【００７８】
提案の光スイッチにおいて、エネルギーパワーオーバヘッドのみが、それぞれのポートの前に位置する変調器と検出器で生じる。さらに、変調器と検出器は、エネルギーがビットに依存するので、本発明はACK信号の変調のために１ビット、２５６コアシステムにおいていずれかの到達及びソースアドレスを変調するためにティアダウン用に８ビットを使うのみである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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