近年来,随着人类对高性能芯片的需求逐步增长以及纳米技术和硅基光子技术的不断发展。多核芯片技术作为可以解决单核芯片设计所面临的功耗极限、互连延迟等诸多问题的一项新技术,在上述的背景和需求下应运而生。现如今,单个芯片上能够集成的晶体管数可达到上亿个甚至更多,可以实现更加强大的功能。因此对芯片上多核系统(Multiprocessor systems-on-chips,MPSoCs)的研究也变成了一种新趋向。而在处理核心之间选择有效的互连方式以充分利用计算资源是决定MPSoCs性能的重要因素。将传统计算机网络的概念应用到芯片设计中的片上网络(Networks-on-chip,NoC)成为解决MPSoCs互连问题的新方式,可以解决传统总线架构带来的一系列问题。传统采用电连接的NoC随着其电路集成度和工作频率的不断提高逐渐出现严重的芯片上互连线的寄生效应,导致高损耗和高时延等问题,严重限制了 MPSoCs的持续发展。然而,采用光连接代替电连接的芯片上光网络(Optical networks-on-chip,ONoCs)有望打破NoC发展遭遇的障碍,解决电气互连所面临的一系列问题。所以具有高带宽、低能耗、以及低时延等优势的ONoCs,变成了一种目前极具发展前景的芯片上互连方式,因此对ONoCs的研究也成为了相关领域的一大研究热点。ONoCs是通过将光子激光器、光调制器、光路由器、以及光电探测器等常见硅基器件集成在绝缘衬底上硅(Silicon on insulator,SOI)芯片上来实现的。其中硅基微环谐振器(Micro-ring resonators,MRs)由于体积小、功耗低、与COMS兼容等优点被广泛应用于光调制器、光路由器、滤波器和光电探测器等领域,是ONoCs实现通信功能的关键器件。通常,ONoCs中的MRs是通过改变谐振(ON)和非谐振(OFF)两种状态进行工作的。理想情况下,谐振状态和非谐振状态的MRs应使信号功率最大程度的耦合和通过。但是,由于目前制造工艺水平的限制以及材料的固有属性,光子器件在工作过程中难以避免的会产生损耗和串扰噪声。尤其是作为光子器件的MRs还具有热敏性,环境温度的变化会影响它本身的特性。而芯片在工作过程中不可避免的会出现温度的变化,先前的研究表明芯片温度在时间和空间上是波动的,并且在典型的操作条件下,整个芯片上的稳态温度可以变化超过30℃。这样的温度变化会促使芯片上MRs的谐振波长发生热漂移现象。当MRs的谐振波长发生漂移后,就会使谐振波长和携带有效信息的工作波长出现失配的情况,从而引入额外的串扰噪声和损耗。而损耗和串扰噪声在ONoCs网络中的累积会影响光信号在网络中的正常传输,从而极大的降低ONoCs的通信可靠性。因此,本文针对热效应对ONoCs性能的影响,提出由热效应导致的光信号功率损耗以及产生的串扰噪声的计算模型和网络性能的系统分析方法以及可靠性优化方案,主要研究工作如下:1.阐述了 ONoCs的相关知识,分析了基于SOI的MRs的结构及工作原理。2.阐述了 ONoCs可靠性问题的造成因素以及解决的关键技术。3.基于热光效应的基本理论知识分析了 MRs随温度变化产生谐振波长漂移的原理以及漂移规律。依据MRs的传输谱线拟合了相关函数,并根据MRs在热效应作用下的谐振波长漂移式推导出了不同状态下的MRs的损耗和串扰噪声系数随温度变化的关系式。4.分析了芯片上光网络ONoCs中采用的路由准则和交换机制。并提出了适用于ONoCs的五端口光路由器的通用模型。5.构建了基本光交换器件级、路由器级以及网络级的结构模型,并建立了器件级、路由器级、以及网络传输链路中由热效应引起的损耗和串扰噪声的理论分析计算模型。并通过使用不同路由器的Mesh-based ONoCs的数值仿真来评估所提出的计算模型。在仿真过程中计算了网络中不同的通信光链路,最终找出最差通信链路来对热效应引起的ONoCs性能进行了评估。6.设计了基于线性分组码的全光编码器,并提出了基于该编码器的可靠通信系统。利用全光线性编码的纠检错特性解决了热效应导致的ONoCs可靠性降低的问题。仿真结果表明,通过将可靠通信系统应用于ONoCs,能够有效地优化信息传输质量。这种方法降低了误码率BER并改善了信号的光信噪比OSNR。上述工作表明,热效应对ONoCs的可靠性存在很大的影响。不论使用哪种光路由器,随着芯片上温度的浮动,ONoCs的性能都会出现明显下降趋势。随着温度变化幅度的增大,OSNR大幅降低,BER大幅增长。并且随着网络规模的持续增大,前述现象越发明显,这极大降低了 ONoCs的通信可靠性。而本文提出的基于线性分组码的可靠通信系统可以有效提高信噪比、降低误码率,对提高ONoCs通信系统的可靠性有显著的成效。