为改善芯片系统性能,本文主要围绕光交换芯片的网络拓扑结构和优化路由算法两方面开展研究。比较分析了不同拓扑结构之间的性能差异,针对重排无阻塞的Benes结构提出了可提高交换网络串扰或插入损耗性能的路由算法,包括改进环路路由算法、层级优化路由算法和约束链路路由算法三种。主要工作内容与创新如下:1.在比较各种拓扑结构和路由算法特点基础上,针对重排无阻塞的传统型Benes结构,提出了可改善串扰性能的改进环路路由算法。利用实验室搭建的光交换芯片实验系统测试得到,在通过载流子色散效应实现硅光子开关由其初始状态(即平行态)切换到交叉态时,载流子吸收会引起光开关串扰和插入损耗性能的劣化,故应让光开关尽可能多地处于平行态。与传统环路路由算法相比,该算法可使平行态开关数量明显增加,显著优化系统整体串扰性能的同时还能选出串扰更小的一种开关组合状态。2.针对串扰几乎可忽略的扩张型Benes结构,提出一种适用于满配置情形下的层级优化路由算法,通过穷举法验证算法的有效性。该层级优化路由算法基于光开关不同状态下的性能差异,通过引入权值与插入损耗相关联,从而达到减少插入损耗的优化目标。执行层级优化路由算法的结果是输入和输出端口之间的路由形成了独立的闭合环路,且无空闲光开关。研究表明,通过层级优化路由算法,可得到多种最优开关组合状态,有效提高了芯片的容错能力,且能得到唯一插入损耗一致性最好的开关组合状态。因此,扩张型Benes结构特别适合于串扰受限系统。3.提出了一种约束链路路由算法,适用于输入、输出端口未满配置情形下的扩张型Benes结构实现高效无阻塞路由。该约束链路路由算法首先按照光开关的横向约束和子网连接关系对需要配置的光开关进行分组,然后通过优化光开关组合状态形成满足交换需求的不闭合链路路由,且无需对其他空闲光开关进行任何处理,提高了光交换芯片的配置效率。研究表明,当光开关单元丧失通光功能(完全故障)时,层级优化路由算法将不再适用,此时可采用约束链路路由算法可避开相应的故障光开关,调用空闲光开关重新分配交换路径。