Πειραματική υλοποίηση ευρυζωνικών ολοκληρωμένων οπτικών κελιών
Creators: name: Παππάς, Χρήστος Βασιλείου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Μνήμες τυχαίας προσπέλασης
Πίνακες αναζήτησης διευθύνσεων
Οπτικές μνήμες
Μνήμη-κυματοδηγού
Ευρυζωνική λειτουργεία
Random access memories
Address look-up tables
Optical memories
Waveguide memory
Broadband operation

description: Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα ήταν μέχρι πρότινος η κύρια τεχνολογία που χρησιμοποιούνταν για την υλοποίηση μνημών, επεξεργαστών και της μεταξύ τους επικοινωνίας. Τα τελευταία χρόνια όμως έχει δημιουργηθεί συμφόρηση μεταξύ επεξεργαστή και μνήμης λόγω της άνισης εξέλιξης αυτών, πρόβλημα γνωστό και ως «Τείχος Μνήμης». Στην παρούσα πτυχιακή παρουσιάζονται κάποιες σύγχρονες τεχνολογίες υλοποίησης των ηλεκτρονικών βασικών μονάδων για μνήμες τυχαίας προσπέλασης και για πίνακες αναζήτησης διευθύνσεων, όπως και οπτικές υλοποιήσεις αυτών. Επίσης, παρουσιάζονται δύο καινοτόμες υλοποιήσεις αμιγών οπτικών ολοκληρωμένων κελιών μνήμης οι οποίες είναι βασικά δομικά στοιχεία για την επέκταση σε οπτικές μνήμες τυχαίας προσπέλασης και πίνακες αναζήτησης. Η πρώτη αρχιτεκτονική που μελετάται, αφορά μια μνήμη κυματοδηγού «waveguide memory» η οποία χρησιμοποιεί δύο μεταγωγείς, βασισμένους σε ημιαγώγιμους οπτικούς ενισχυτές (SOA), σε μια «σταυρωτή» διασύνδεση. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν μια σωστή λειτουργία μνήμης στα 5Gb/s. Η δεύτερη αρχιτεκτονική αφορά τον ευρυζωνικό χαρακτηρισμό κελιού μνήμης για χρήση σε συστοιχίες μνημών. Στα πειραματικά αποτελέσματα αποδείχθηκε η λειτουργεία στα 5Gb/s σε ένα εύρος ζώνης ίσο με περίπου 26 nm, ενώ παρατηρήθηκε απόδοση μηδενικών σφαλμάτων στη διάδοση σημάτων, με μέγιστη ποινή ισχύος 4.4dB σε 49 διαφορετικές μετρήσεις. Η παρούσα εργασία απαρτίζεται από 5 κεφάλαια. Το κεφάλαιο 1 αποτελεί μια εισαγωγή στο αντικείμενο της εργασίας και αναλύονται οι κατηγορίες οπτικών μνημών καθώς και οι τεχνολογίες αποθήκευσης βάσει του φωτός. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφονται οι πιο σύγχρονες τεχνολογίες υλοποίησης οπτικών μνημών. Στα κεφάλαια 3 και 4 παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για τις δύο υλοποιήσεις οπτικών κελιών μνήμης. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 εξάγονται τα συμπεράσματα λαμβάνοντας υπόψιν τα πειραματικά αποτελέσματα και αναφέρονται πιθανές μελλοντικές ερευνητικές δραστηριότητες
description: Electronic circuits have been the main technology to realize all necessary technologies required for computing, including memories, processors and the memory-processor interconnection. In recent years, a bottleneck between memories and processors has been created that is commonly referred to as “Memory Wall”. This thesis presents the state-of-the-art electronic memory in its applications as random-access memories and address look-up tables. Moreover, two different all-optical integrated memory cell implementations are presented as a basic building block for optical random-access memories and address look-up tables. The first architecture refers to a waveguide memory consisting of two SOA-based switches in cross-coupled configuration. Experimental results reveal a successful an operation at 5Gb/s. The second architecture is experimentally evaluated as a broadband device for RAM Banks. Experimental results validate its operation at 5Gb/s with error free performance for all 49 different wavelength-pairs extending along a spectrum of 26 nm, with a max power penalty 4.4dB. The thesis is divided into 5 chapters. Chapter 1 is an introduction to the topic of the thesis and the optical memory categories are analyzed, along with light-storage technologies. Chapter 2 describes the state-of-the-art optical memory architectures. In chapters 3 and 4, the experimental results are presented, for both optical memory implementations. Finally, chapter 5 concludes the work based on the experimental results and proposes possible future research work