面对飞速增长的流媒体信息处理，高性能计算，网络应用的全球化的需求，用户需要芯片能提供更高的计算性能。而要提供更高的计算性能，就需要在芯片内集成大量的处理器核。根据ITRS的预测，数十亿的晶体管将会被集成在一个芯片上。未来的芯片也将从多核时代发展到众核时代，成百上千个处理器核将会被集成到一个芯片上。在这种情况下，芯片系统的性能直接取决于处理器核之间的互连方式。片上网络(Network-on-Chip，NoC)因为其分布式结构，全局异步时钟、高带宽等优势成为公认的极具潜力和最为合适的互连结构。　　 但是随着VLSI快速地发展，电信号传输的NoC在延时和功耗等方面面临着极大地性能降级。电信号互连结构的各种限制因素曾经被研究者们所预测，而这二十年来，这些限制因素也正在成为研究者们面对的现实问题。因此，对于片上网络来说，新的挑战被提了出来。为了能够满足在带宽和延时方面的需求，同时考虑到光通信在传输信号方面所具备的优势，有研究者开始尝试将宏观光通信技术通过可以集成到硅片的光器件引入到片上网络中去，以取代传统的电信号传输网络，从而提出光互连片上网络技术。　　 本文分析并探讨了现有的国内外光互连片上网络技术的发展，并提出了一种基于器件共享实现的双向传输光互连片上网络设计。该设计采用了基于全光信号传输网络的基本框架，在性能、面积、功耗上都要优于传统的电信号网络和单向传输光网络。本文的主要贡献包括：　　 1．通过研究全光互连片上网络的波长路由配置图，提出双向传输网络的结构设计，并通过一系列光学仿真和理论分析结合光信号波分复用的特性验证了双向传输的可能性。对于以往单向传输全光网络的端口进行重设计，使得新的双向网络的端口同时具备接收信号、发送数据两种功能，利用光二叉树器件将发送模块和接受模块接入同一网络中。通过引入最新的片上光隔离技术防止来自于网络中的光信号对发送模块造成干扰，同时通过仲裁器对信号目的地进行辨认，确保数据传输的正确性。本文所提出的设计相对于以往单向传输网络降低了50％的硬件复杂度和70%的光电层面积开销，提高了器件利用率；同时在降低网络传输延时和功耗方面，也随着网络规模的增大，效果变得越加明显，极大地提高了网络传输性能。　　 2．提出了一种基于FPGA的软硬协同NoC验证平台，该平台具有良好的扩展性，能实现多种常用的拓扑结构和多种路由算法。在本文中将路由网络以及端口设计通过FPGA硬件实现，而对于处理单元对信号的处理通过计算机模拟，从而对数据传输的正确性来进行验证，确保路由器和端口设计的正确。