Προσομοίωση οπτικής ζεύξης και οπτικής μετάδοσης για μητρικές κάρτες υπολογιστικών συστημάτων
Creators: name: Καυχίτσας, Αναστάσιος Χρήστου
name: Στουγγιώτη, Παναγιώτα Βασιλείου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Οπτική ζεύξη
Φωτονική
Αρχιτεκτονική οπτικής διασύνδεσης
Optical link
Photonics
Optical interconnect architecture

description: Η ιλιγγιώδης αύξηση της παραγωγής και επεξεργασίας δεδομένων, που παρατηρείται τα τελευταία χρόνια, αναμένεται να κλιμακωθεί με την επικράτηση τεχνολογιών, όπως το ίντερνετ των πραγμάτων και η συλλογή και ανάλυση των μεγάλων δεδομένων. Οι σημερινές τεχνολογίες επικοινωνίας μεταξύ επε¬ξεργα¬στών, οι οποίες χρησιμοποιούνται στους μεγάλους εξυπηρετητές εταιριών όπως η Google και η Intel, δεν μπορούν πλέον να βασίζονται σε λύσεις όπως η αύξηση των μικροεπεξεργαστών χαμηλής κατανάλωσης. Το γεγονός αυτό οδηγεί αναπό¬φευκτα στην ανάγκη για εξεύρεση νέων τεχνολογιών για την μεταξύ των επεξεργαστών επικοινωνία, με χαρακτηριστικά όπως το υψηλό εύρος ζώνης, η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η μικρή καθυστέρηση μεταφοράς δεδομένων. Μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία, στην οποία βασίζεται η παρούσα εργασία, είναι η φωτονική τεχνολογία πυριτίου (silicon photonics). Η φωτονική τεχνολογία πυριτίου αναπτύχθηκε πάνω στην επικρατούσα και ώριμη εδώ και δεκαετίες τεχνολογία ημιαγωγών πυριτίου και αναμένεται να είναι το επόμενο βήμα στην επικοινωνία μεταξύ επεξεργαστών. Στην εργασία αυτή, γίνεται μια εισαγωγή στην επικοινωνία μεταξύ των επεξεργαστών, περιγράφεται μια προτεινόμενη αρχιτεκτονική οπτικής διασύνδεσης επεξεργαστών βασισμένη στη φωτονική τεχνολογία πυριτίου και αναλύονται τα επιμέρους υποσυστήματά της. Τέλος, μελετάται ένα τέτοιο σύστημα μέσω προσομοίωσης με χρήση του λογισμικού VPI Photonics. Προτείνεται η χρήση οπτικών ολοκληρωμένων ενισχυτών για το ισοζύγιο ισχύος της ζεύξης και μελετάται η απόδοση του συστήματος για διάφορες παραμέτρους/χαρακτηριστικά των ενισχυτών. Για τιμές κέρδους των ενισχυτών 10 και 9 dB και για επίπεδα εικόνας θορύβου (Noise Figure) μεταξύ 5 και 9 dB απουσιάζουν αρνητικές επιπτώσεις στην ποιότητα του σήματος, όπως προκύπτει από τα αποτελέσματα του λόγου σβέσης (ER), της διαμόρφωσης πλάτους στο «1» (AM – Amplitude Modulation) και της επιβάρυνσης ισχύος (Power Penalty), τα οποία αποτέλεσαν τα κύρια ευρήματα της παρούσας μελέτης
description: The overwhelming growth of information generation and processing during the last years is only expected to escalate with the prevalence of technologies such as the Internet of Things and the collection and analytics of big data. Nowadays, communications technologies between processors, which are used in large corporate servers like Google and Intel, can no longer rely on solutions such as the increase of low-power microprocessors. This inevitably leads to inventing new technologies for communication between processors with features such as high bandwidth, low power consumption and small transmission latency. A promising technology, which is also utilized and studied for the purposes of our thesis, is silicon photonics. Silicon photonics has developed over the prevailing and mature technology of silicon semiconductors and is expected to be the next step in optical communication between processors. In our thesis, we start with an introduction on the interconnection between processors, we describe the proposed optical interconnect architecture, which is based on silicon photonics technology, and we analyse its individual subsystems. Then we study the system through simulation using the VPI Photonics software, introducing also integrated nanoamplifiers for balancing the power budget of the interconnect link and evaluating the link quality degradation depending on several amplifier parameters and characteristics. The conclusive end results of the present study are that no adverse effects on the quality of the transmitted signal are detected as long as the gain values of the amplifiers equal 10 or 9 dB and their noise figure levels range between 5 and 9 dB, as shown by the measurements in ER (Extinction Ratio), the AM (Amplitude Modulation) and the power penalty