Οπτικές Μνήμες Διευθυνσιοδότησης Περιεχομένου για Εφαρμογές Δρομολόγησης Υψηλών Ταχυτήτων
Creators: name: Μουργιάς-Αλεξανδρής, Γεώργιος Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Οπτικές Μνήμες
Ολοκληρωμένα Κυκλώματα Πυριτίου
Πίνακες Δρομολόγησης
Optical Memories
Photonic Integrated Circuits
Routing Tables

description: Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την πειραματική υλοποίηση αμιγώς οπτικών μνημών διευθυνσιοδοτούμενου περιεχομένου σκοπεύοντας στις εφαρμογές πινάκων δρομολόγησης. Πιο συγκεκριμένα, επιδεικνύεται πειραματικά το πρώτο κελί τριαδικής οπτικής μνήμης στην ταχύτητα των 10Gb/s, προορισμένο για εφαρμογές σε τριαδικές μνήμες διευθυνσιοδοτούμενου περιεχομένου T-CAMs. Πειραματική επίδειξη και αξιολόγηση ακολούθησε και για την πρώτη γραμμή οπτικής δυαδικής μνήμης διευθυνσιοδοτούμενου περιεχομένου B-CAM, επίσης στην ταχύτητα των 10Gb/s. Το πρώτο κεφάλαιο της εργασίας απαριθμεί και αναλύει τα προβλήματα που αντιμετωπίζει η τεχνολογία των σημερινών δρομολογητών και τις αιτίες που οδήγησαν σε αυτά. Ακολουθεί η περιγραφή λειτουργίας των ηλεκτρονικών πινάκων δρομολόγησης, αλλά και η απαρίθμηση των λόγων για τους οποίους απαιτείται μεγάλη ταχύτητα λειτουργίας. Η εναλλακτική λύση προτείνεται βασιζόμενη στις οπτικές μνήμες, μιας και οι ηλεκτρονικές χρήζουν περαιτέρω βελτίωσης για να συναντήσουν τις νέες απαιτήσεις, πράγμα το οποίο περιορίζεται από το επερχόμενο τέλμα στον νόμο του Moore. Για να γίνουν περισσότερο κατανοητές οι αδυναμίες των σύγχρονων μνημών τύπου CAM, ακολουθεί μια εμπεριστατωμένη μελέτη αναφορών στην βιβλιογραφία που σχετίζεται με τις σύγχρονες υλοποιήσεις ηλεκτρονικών μνημών τύπου CAM, αλλά και των τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την βελτίωσή τους ώστε να ικανοποιηθούν στο μέγιστο οι αυξημένες ανάγκες των σύγχρονων δρομολογητών. Στην συνέχεια προτείνεται η αμιγώς οπτική αρχιτεκτονική κελιού οπτικής μνήμης τύπου T-CAM και ακολουθεί μια εκτενής συζήτηση σχετικά με τα ισοδύναμα μέρη των οπτικών και ηλεκτρονικών υλοποιήσεων. Την νέα αυτή πρόταση συμπληρώνει η παρουσίαση της γραμμής οπτικής μνήμης B-CAM. Τέλος, η επιτυχής πειραματική επίδειξη του κελιού οπτικής μνήμης T-CAM αλλά και της γραμμής B-CAM, ανοίγουν ένα νέο δρόμο στις υλοποιήσεις μνημών διευθυνσιοδοτούμενου περιεχομένου, καθώς οι οπτικές μνήμες προσφέρουν υψηλές ταχύτητες και συμβαδίζουν με την τάση της τεχνολογίας που στρέφεται προς τα οπτικά. Η ορθή λειτουργία των οπτικών μνημών τύπου CAM, επιβεβαιώνεται από τα πειραματικά αποτελέσματα που συμπεριλαμβάνονται στην παρούσα εργασία, σε ταχύτητα λειτουργίας των 10Gb/s.
description: The current thesis deals with the experimental implementation of all-optical Content Addressable Memories for future use in routing Address Look-Up table applications. The first all-optical ternary CAM cell is experimentally demonstrated at 10Gb/s, while the interconnection of two Binary CAM cells into the first all-optical Binary--CAM) matchline is experimentally realized and demonstrated again at a speed of 10Gb/s. The first chapter enumerates and analyzes the problems of modern routers, attempting to explain in detail the origins of the problems experienced at the Address Look-Up table subsystem. The Look-Up Table functionality is described in detail concluding to the main factors that can yield faster operation and accelerated look-up operation. At this point, an alternative solution relying on optical memories is being proposed as a replacement to the electronic counterparts, which seem to have reached their speed limitations ultimately restricting the look-up table from faster operation. An exhaustive study of recent research on electronic CAMs found in literature is presented, along with the several techniques that have been proposed for improving their speed capabilities and for meeting the increased data-rate demands of modern routers. Following this, an all-optical T-CAM cell architecture is suggested, followed by a novel architecture for the first optical B-CAM matchline. Finally, the successful experimental demonstration of an all-optical T-CAM cell along with the all-optical B-CAM matchline shows the potential of optical memories to perform at high data-rates of up to 10 Gb/s, with the experimental results for both content addressing and content write operations confirming the increased credentials of optical CAM circuitry to yield up to one order of magnitude higher operation compared to their electronic counterparts.