Int ern at i onal  Journ al of  El e ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 ,  Decem ber   201 8 , p p.   491 2 ~ 492 1   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp 491 2 - 492 1          4912       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Detectio n and M onitorin g I nt ra / I nter C rossta lk in  Op tical  Network  on Chip         Ah med  J e didi   Coll ege of   Enginee ring ,   Ahl ia Unive rsit y ,   Bah rain   CES L abor at or y ,   Nati on al E ngin e eri ng  Schoo l  of   Sfax,   Unive rsit y   of  Sfax,   Tuni si a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma r   30 , 201 8   Re vised  Jun   18 , 201 8   Accepte d  J ul   29 , 2 01 8       Multi proc essor  s y stem - on - chi p  (MP SoC )  has  b ec om e  an  at tr active   solut ion   for  improving  t he  per form ance   of  single   chi p   in  object ive   to   sati sf y   th e  per form anc e   gr owing  expone n ti all y   of   the  computer   app lications  as   m ult imedia   app l ic a ti ons.  How ev er,   th e  comm unic ation  bet we en  t he  diffe r ent  proc ess ors’  cor e s  pre sents  the   f i rst  cha l le ng e  fro nt  the   h igh  per f orm anc e  of   MP SoC .   Beside s,  Network  on  Chip  (NoC)  is  among  the   m ost  prom ine n t   soluti on  for  handl ing  the   on - chip  comm unic at ion.   Beside s,  NoC  pote ntia l   li m it ed  b y   ph y si ca l  l imita t ion,   p ower  consum pti o n,   la t ency   and  bandwidt h  in   the   bo th  c ase :   in cre asing   data  ex cha nge   or  sc al ab il ity   of  Mult ic or es.   Opti cal   comm unic at ion  offe rs  a  wider   bandwidt h  and  lower   power  co nsum pti on,   base d  on,   a  ne w  te chnol og y   n amed  Optic al   N et work - on - Chip  (ON oC)  ha s   bee n  in troduce d  in  MP SoC .   How eve r,   ON oC  components  induc e   th e   cro ss ta lk  nois e  in  the  ne twork  on  both  form s  int ra /i nt er  cro ss ta lk.  This   serious  proble m   det er iora t es  th e  qualit y   of  sig nal s  and  degr ad es  net work   per form anc e .   As   a  result ,   detec t ion  and  m onit oring  th e  i m pai rm ent s  bec om ing  a   ch allenge  to  k ee p   th e  per form an ce  i n  the  ON oC.   In  thi s  ar ti c le,   we  propose  a  ne w  sy st em  to  det e ct   and  m onit or  t he  cro ss ta lk  nois e  in  ON oC.   Parti cularl y ,   we   pre sent   an   anal y ti c   m odel   of   int ra/int er  c ross ta lk  at   th e   opti c al   device s.  The n,   we  ev al ua te   the se  impairm ent s  in  obje c ti ve   to  pre sent   the   m oti vat ion  t o  det ect  and  m o nit or  cro ss ta lk  in   ON oC,   in  whic h  our  sy ste m   has   the   c apa bi li t y   to  d etec t ,   to   lo ca l iz e ,   and  to  m onit or  the   cro ss t al k  noise  i n   the   whole  netw ork.   Thi s  s y stem  offe rs  high  rel ia b il i t y ,   sc al ab il ity   and   eff iciency   with   t ime  running ti m e  l ess t han   20  m s.   Ke yw or d:   In te r/ i nt ra  c ro s sta lk   MPSoC   ONoC   Op ti cal  co m m un ci at io n   RTL desi gn   Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g   Aut h or :   Ah m ed  Je did i,    Dep a rtm ent o f C om pu te r  E ng i neer i ng,   Ah li a  Un i ver si ty ,   Ba hr ai n.   Em a il :  ajed idi @ah li a.e du.bh       1.   INTROD U CTION     The  high  integ rati on   rate  of  t ran sist or   has  pushe d  t he  sem ic ondu ct or   i ndus try   to   a  s hif t  fr om   the   sing le - c ore  to  a  m ulti - cor e  in   on e  chi p.     Be sides,  a  ne w  pa rad i gm   is  intr oduce d  m ulti pr oces sor  syst em   one   chip  (MPS oC).    Howe ver ,  M PSo C  has  to  fa ce  serio us   pro blem s  in  te r m s   of   e nergy  co nsum ption ,  e xec ution  tim e,  heat  diss ipati on   an d  da ta   flow .  Data  trans fer   betwee n  cor e s  in  MPSoC  becam e  t he  first  chall e ng e  t o  i m pr ove  these  par am et ers.   H ence,  Netw ork   on   Chi p  ( NoC)  is  e m erg in g  as  a  prom isin g  s olu ti on  pr ov i ding  low  e nergy  co ns um ption   a nd  high  ba ndwidt h  to  i m pr ove  the  perf or m ance  of   MPS oC.   Ho wever,  acc ordi ng   the  gro wing  of  the  pe rfo rm a nce  of  com pu t er  ap plica ti on   No C  beco m e  a  bo tt le nec k  f or   the  scal abili ty   and  powe r  dissi pation  i n  the  MP S oC.  I ndeed ,  el e ct rical   interco nnect s  are  not  able  to  bo os t  tra ns m issi on   rates  an d  powe r dissi pation w hich  it   m a kes hig hly desi rab le  t o  re plac e them  [ 1].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Detect ion   an d Mo nitorin g In t ra /I nter Cr os st alk in O ptical  Ne tw or k on C hi p  ( Ah med Jedi di)   4913   Op ti cal   com m un ic at io n  offe r s  a  high  ba nd width   with  lo wer   powe r  co ns um ption.  I n  fact,  it   can  achieve  band w idths  in  t he  ord er  of  te ra bits  pe r  seco nd  by  e xp l oiti ng   wav e le ng th  div isi on  m ulti plexing.  Sinc e   photonic  s yst em   has  a  po te nt ia l  capaci ty   an d  bec om e  attracti ve  to  us e  it   to  i m pr ove  co m m un ic at ion   in  the   chip [ 2]. As a  r esult,  op ti cal  net work on c hip “O No C”  is pr esented  to repl ace t he  tra diti onal  NoC.   Mi cro res onat ors  (MRs)  a nd  na nophot on ic  waveg uid e s  are  t he  key  dev ic es   in  ONoC. Ho wev e r,   th ese  op ti cal   de vices   and   wav e guides  pro vide   trans par e ncy   ( a   com po ne nt  is  cal le d  X - tra nspare nt  if  it   fo r wards   incom ing   signa ls  fr om   inp ut  to  ou t pu t  with ou t  exam ining   the  X  aspect  of  the  sign al )   capab il it ie s  wh ic h  they   induce  opti c al   vulne rab il it ie s  “cr os sta lk”   in  O N oC  where  is  does  not  exist  i n  a   co nv e ntio nal   N oC.  Fu rt her m or e,  one  of  the  seri ous  pro blem s  with  trans par e nc y  is  the  fact  that  op ti cal   cro ss ta lk  is  add it ive ,  an d  thu s  t he  ag gre gate  eff e ct   of   cro sstal k  over   a  whole  O N oC   m a y  be  m or e  ne far i ou s  t ha n  a  sin gle  po int  of  cro sstal k  [3 ] .  Con se quently ,  op ti cal   cr os sta lk  de grade s  th e  qual it y  of  sign al s   an d  i ncrea ses  their   BE R  (Bi t   Error   Ra te )  pe rfor m ance  [4] .  In   fact,  bo t h  f or m s  of   op ti cal   cro sstal k  can  arise  in  ONoC  syst em :   inter - cro sstal k  a nd intra - c r os sta lk.   In te r - cr os sta lk   arises  w he n  the  cr os sta lk  si gn al   is  at   a  w avelen gth   s uffi ci ently   diff ere nt  from   the   aff ect ed   sig nal ’s  wav el e ng t h  that  the  dif fe ren ce  is   la rg e r   than   the  rece iver’s  el ect rica l  band width.  I nter - cro sstal k  ca n  a lso  oc cu r  t hro ugh  m or e   inter act ion s  t hat  a r e  in direct.  For  exam ple,  if  one  cha nnel   af fe ct s  the   gain  see n  by  ano t her   c ha nnel ,  as  with  nonlinearit ie s.  I n  the  seco nd  pl ace,  intra - cr osst al k  arises  w hen   t he   cro sstal k  sign a l  is  a t  the  sa me  wav el en gth   as  that  of   the  af fected  si gn al   or   suffici entl y  cl os e  to  it  t hat  the   diff e re nce  in  wav el e ng t hs   is  within  the  rec ei ver ’ s  el ect rical   ban dwidt h.   In tra - cr os sta lk  arises  in  trans m issi on   li nk s  due to  r e f le ct ion s [5] - [6 ] .    Cros sta lk  is  one  of   th e  m ajo r  pro blem   arisi n g  in  ONoC  an d  it   is  a  barrier   of   th e  scal abili ty   and   th e   perform ance  f or   t he  ev olu ti on   of  the  MP So C.  As  a  res ult,  fin d  a  m eth od  to  detect ,   local iz e  and   m on it or   cro sstal k  will   be  essenti al .  I n  this  pap e r,   we  pro pose  a  new   syst em   to  detect   and   m on it or  the  intr a/ inter  cro s sta l k  in  O No C.  I nd ee d,   we  prese nt  an   analy ti c  m od el   fo r  t he  both   form s  of   cros sta lk  induce d  by  the   ONoC  com ponen ts .  Ba sed  on  this  stud y,  we  evalu at e  and   po i nt  out  the  i m po rta nce   to  detect   and  m on it or  cro sstal k  noise   in  ONoC.  Furt her m or e,  we  de sign   a nd   im pl e m ent  a  per for m ed  hardw a re  syst e m   to  detect   and  m on it or  inter/i ntra  c rossta lk i n  the  wh ole n et work.    The  rest  of   t he  pap e r  is  orga ni zed  as  f ollo ws:  The  sec ond  se ct ion   will   pres ent  an  e xtensi ve   ov e rv ie w  of   the  relat ed  work   i n  the  li te ratur e .  Th e  th ird  sect i on  will   descr i be  the  inn e r  arc hitec tu re  of  the  basic  dev ic es   in  O No C  a nd  the  net wor k  m od el   us e d  in  t his  wor k.   T he  f ourt h  sect ion   wi ll   dep ic it   the  analy ti c  m od el   of   t he   cro sstal k  noise   ind uce d  in  op ti cal   com ponen ts .  Ma inly ,  we  will   descr ibe  the  cr os st al k  pr ogress  i n  the  diff e re nt  de vices  an d  in  t he   whole  netw ork.   T he  fifth   sect ion   will   descr i be  the  ha rdwar e  desi gn  an d  i m ple m entat io n  of  the  pro posed  syst em   of   detect ion   a nd  m on it or   the  cr os sta lk  in  O N oC.  T he  sixt h  sect ion  will   discuss   an d  analy se  the  f us ibil it y  and   th e  diff e ren t  res ults  of   our  syst e m .  Finall y,  we  will   con cl ude  and   expose  our f ut ur e  works.       2.   RELATE D  W ORK   Op ti cal   net wor k  on  chi p  pro vid e  a   pr om is i ng  so l utio n  to   increase   the  r equ i rem ents  in  ultra - hi gh   band width  an d  lo wer  pow er  co nsum pti on   i n  the   MP So C.   Acc ordin g  the  pro gr ess   of  te ch no l og y ,   nano photonic  wav e guide  a nd   op ti cal   switc h  are  prese nted  i n  the  c hip,  w hi ch  they   are  t he   key  com pone nts  f o r  ONoC.  I n  the  la st  decad e,  m a ny  researc hers  fo c us   their  work s  to  pro po se  a  per f orm ed  arch it ect ur e  of  O N oC   i n  obj ect ive  t o  sat isfy  the  dif f eren t  re qu irem ents  of  MPS oC   pe rfor m ance.  H oweve r,  the   cr os sta lk   nois e  is  one   of the m os t i m portant iss ues  t hat r esea rc her s  f ace i n dev el opin g op ti cal   ne twork  on - c hip.     I n  the  li te ratu re,  m os t  of  th e  resea rch e rs  f ocus  their   w o r k  on  analy sis  and  m od el ing   of   c r os sta l k  no ise s in duce  by the o ptica l dev ic es in  ONoC. Furth e rm or e, m any stud ie s isolat e their w ork for m od el ing  and   analy zi ng  the   c ro sstal k  no ise   in  op ti cal   dev ic es  sep aratel y  a s  r ou te r  or  w av egu i de.  Yiyua n  Xie  a nd  al .   an al yse   and   op ti m iz e   cornstal k  in  5x 5  Hitl ess  Sil ic o n - Ba se d  O ptica l  Rou te r  [ 7].  Hen ce ,  they   an al yse d  cro sstal k  noise   at   dev ic e  le vel   and   r ou te r  le ve l.  Ba sed  on   t he  detai le d  a na ly sis,  they   pro po s ed  a  ge ner a l  analy ti cal   m o del  to   stud y  the  tran s m issi on   loss,  c ro s sta l k  noise ,  op ti cal   sign al - to  noise   rati o  ( OSNR),  a nd   bit  err or  rati o  (B ER).   Indee d,   they   us ed  the  cr os si ng  ang le s  of   60 ⁰   or   120 ⁰   in ste ad   of   the  c onve nt ion al   90 ⁰   c ro s s ing   a ng le   to  de sign   the opti cal  rou t er. Usin g  t his  m et ho d OS NR  is im pr ov e d b y about  10 d B   [7 ] .   Fabri zi o  Gam bin i  a nd   al .  pr opos e d  a  phot on ic   m ulti - m icr ori ng  N oC ,  w hich  t he  the oret ic al   m od el  base d  on the tran sfe r  m at rix  m et ho d,   has  be en  validat e d  th rou gh  e xp e rim ental  r esults i n  te rm s  o f  trans m issi on  sp ect ra  [8 ] .  T r ansm issi on s  at   10   GB/s  ha ve   been   as sesse d  in  te rm s  of   BER   for  both  si ng le - wa velen gt h  an d  m ul ti - wav el e ngth  co nfi gurati on s .    The  integ rated  N oC  co nsi sts  of   8  the r m al l y  tun ed  m ic ro ri ngs  co up l ed  to  a  central  rin g,   w her e   the   BER   m easur em ents  sh ow   pe rfor m ance  up  to   10 −9   at   10  G b/s  with  li m it ed  cro s sta lk   and p e nalty  (b el ow   0.5 dB)  induce d by an  interf e rin g  tr ans m issi on  [8].    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   491 2   -   4921   4914   Be sides,  m any  works  deal  w it h  the  cr os sta lk  in  the  w ho le   ONoC.  Ma inl y,  it   is  ho w  th e  cro sstal k  no ise s   ef fect  t he  perf or m ance  of  the   netw ork.  Partic ular ly ,  these  st ud i es  analy se  a nd   m od el   the  c r os sta lk  pro gr ess  in  t he diffe re nt p a rts  of the  ne tw ork, an d pr ese nt th ei r  ef fect t o  BE R an d  S NR  of  the n et wor k.     Ma hd i  Ni ksda t  and   al .  syst e m at ic ally  stud y  and   c om par e  the  w or st  ca se  as  well   as  the  ave rag e   cro sstal k  noise   an d  S NR  in  t hr ee  well   kn own  opti cal   interco nnect   arc hi te ct ur es,  m esh - base d,  f old e d - tor us - base d,   a nd   fat - tree - ba sed  O N oCs  us i ng   WD M  [9 ] .  T he  an al yt ic al   m od el s   for  the  worst  case  an d  the  a ver a ge  cro sstal k  noise   and   S NR  in  the  dif fer e nt  ar chite ct ur es  ar e   pr ese nted .  Furtherm or e,  the   propose d  anal yt ic al  m od el s  are  int egr at e d  into  a  new ly   de ve lo pe d  crosst al k  noise   an d  loss  analy sis  platform   (CLAP )  to  analy ze   the  cro s sta lk  noise   an d  SN R  in  W DM - bas e d  O No Cs  of   a ny  netw ork  siz e  us in g  an  ar bi trary  op ti cal   ro ute r.   The  a naly ses’  r esults  dem on st rate  that  the  c r os sta lk n oise  is   of   c riti cal   concern  t o  WD M - base d  O N oCs:  in  th e   worst  case,  the   cro sstal k  nois e  power   exce e ds   the  sig nal  powe r  in  al l  three  WD M - base d  O No C  arc hitec tures,  even w he n  the   nu m ber   of pr oc esso r  c or es  is  sm a ll , e. g. ,  64 [1 0].   Yiyuan  Xie  an d  al .  analy sed  and   m od el le d  t he  cr os sta lk  noise ,  s ig nal - to - no ise   rati o  (SNR),  a nd  bit   error   rate  (BE R)  of  o ptica l  r ou te rs  an d  O N oCs  [ 11 ] - [12]. Th e  analy ti cal   m od el s  fo r  cr osst al k  no ise ,  m ini m u m   SN R,  a nd  m axi m u m   BER   in  m esh  base d  O No Cs   are  de ve lop e d  wh ic h  a n  a uto m at ed  cr os sta lk  a naly se r  f or   op ti cal   routers   is  dev el ope d.   They,  fi nd   that   cro sstal k  no is e  sign ific a ntly   lim it s  the  scal a bili ty   of   ONoC s.  For   exam ple,  due  t o  c ro s sta lk  no i se,  the   m axi m u m   BER   is  10 - 3  on  the  8× 8  m esh  base d  ONo C  us in g  a n  opt i m iz ed   cro ss ba r - base d  opti cal   router.   To  ac hiev e  th e  BER   of  10 - 9   for  reli able  tr ansm issi on s,  t he  m axi m u m   ONoC   siz e is 6× 6.     As  we  pr e sent ed  ab ove  the  r esearch  w orks  in  opti cal   netw ork  on  c hip   ha s  lim it ed  to  an al yse   and   to  m od el   cro sstal k  noise   in  both  op ti cal   co m po nen ts  an d  the  wh ole  ne twork .  Howe ve r,   Ed oard o  F us el la ,  Alessan dro   Ci la rdo  pr e sent  di ff e ren t  st ud y  i n  ONoC  wh ic h  they   pro pose d  a  ne w  m app i ng  syst em   fo r  ONoC  wh e re  it   c on si der  the  direct  e ff ect   of  the  c rossta lk  noise   t o  the  arc hitec tur e  of  N oC   [13].   They  pro pose  a  cl ass   of  al gorithm s  that  aut om at i cal ly   m ap  the   ap plica ti on   t asks  onto  a   ge ner ic   m esh - ba sed  phot on ic   N oC  arch it ect ure  s uc h  that  t he  wor st - case  cr os sta l k  is  m ini m iz ed .  F ur th erm or e,  the  res ults  s how  that  t he  c ro s sta lk   no ise   ca n  be  si gn i ficantl y  reduced  by  ad op ti ng   t he  awa re - c ro sstal k  m app ing   syst em ,  ther eby  al lowi ng   higher   netw ork  scal a bili ty ,  and   ca n  ex hib it   enc oura ging  im pr ov em ents  over   app li cat ion - obli vious  arc hitec tures      [13] - [ 14] .       3.   BASI C  OPTI CA L  DE VICES A ND N ET WORK  MO D EL   Op ti cal   com mu nicat io n  syst e m   of fer s  a  high  ba ndwidt h  an d  high  Qu al it y  of   Se rv i ce  ( QoS) .   Howe ver,  op ti cal   co m po ne nt s  in  ONoC  intr oduce  cr os sta l k  noise .  I n  this  sect ion ,  we  de scribe  the  pro gress  of  cro sstal k  in  the  opti cal  d e vice  m or eov er  in  t he  who le   netw orks  [15 ] .       3.1.   Opt ic al de vice s   mo del    Wav e guides  a nd   m ic ro - re sonat or  (MRs)  ar e  the  two  ba sic   op ti cal   el e m ents  an d  exte nsi vely   us ed  t o  const ru ct   basic   opti cal   switc hi ng   el em ents  and  opti cal   r ou t ers.   I n  par ti cul ar,  we  ha ve  t wo  ty pes  of  opti cal   switc hes:  the   pa rall el   switc hi ng  el em ent  (P SE)  a nd  t he  c ros sing  sw it chi ng ele m ent  (CSE).  The se  el em ents  are  1 x 2  op ti cal  s witc hing  base d t o  MR s a nd  w aveguide  cr os s ing   [ 16 ] - [17].    Figure  1   ( a )   a nd  ( b )   prese nt  the  str uctu re  of  PS E  a nd   C S E  res pecti vely   in  the  t wo  sta te s  OFF  a nd  ON.  Wh en  the   sta te   of   MR n  is  ON ,  we  sel e ct   to  switc h  the  wav el en gth   t o  form   the  first  wav eg uid e  to   the  seco nd  this  ca ll ed  no de  in   s ta te   ON.  How ever,  wh e n  th e  sta te   MR n  i s  O FF  we  ha ve   not  a ny  s witc hing   op e rati on a nd in  this  case, t he node is  in  sta te  O F F [1 7].        M R 1 M R n M R 1 M R 1 .   .   . .   .   . D r o p A d d I n p u t T h r o u g h   λ n       λ n     O F F   S t a t e M R 1 M R w M R 1 M R n M R w .   .   . .   .   . D r o p A d d I n p u t T h r o u g h   λ n       λ n     O N   S t a t e ( a ) M R 1 M R n M R 1 M R 1 .   .   . .   .   . D r o p A d d I n p u t T h r o u g h   λ n     O F F   S t a t e M R 1 M R w   λ n     M R 1 M R n M R w .   .   . .   .   . D r o p A d d I n p u t T h r o u g h   λ n       λ n     O N   S t a t e ( b ) M R 1 M R n M R 1 M R 1 .   .   . .   .   . D r o p A d d I n p u t T h r o u g h   λ n       λ n     O F F   S t a t e M R 1 M R w M R 1 M R n M R w .   .   . .   .   . D r o p A d d I n p u t T h r o u g h   λ n       λ n     O N   S t a t e ( a ) M R 1 M R n M R 1 M R 1 .   .   . .   .   . D r o p A d d I n p u t T h r o u g h   λ n     O F F   S t a t e M R 1 M R w   λ n     M R 1 M R n M R w .   .   . .   .   . D r o p A d d I n p u t T h r o u g h   λ n       λ n     O N   S t a t e ( b )     Fig ure   1 .   Ba sic  opti cal  d e vices in  ONoC:  (a) PSE,  (b) C SE   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Detect ion   an d Mo nitorin g In t ra /I nter Cr os st alk in O ptical  Ne tw or k on C hi p  ( Ah med Jedi di)   4915   3.2.   Net w or k m odel   Figure  2  pr ese nts  an   ove rv ie w  of   a n  opti cal   No C   c omm un ic at ion   betw e en  tw o  proces so rs   C0   an d  C1.  Wh e n,   th e  process or   C 0  deci des  to  e sta blish  co nne ct ion   with  t he   cor e  C1  a n  opti cal   sign al   will   be  gen e rated   with   a  sp eci fic  wa ve le ng th   λ.    Ele ct rical - Op ti cal   (E - O)  inter face   on  the  pa rt  of  the  co re  C 0  sta rts   to  conve rt  the  el ect rical   sign al   in  op ti cal   signa l.  Af te r,   t he  op ti cal   sign al s   passes  thr ough  the  opti cal   on - c hi p  netw ork  fl ow i ng   s pecific  nodes.   Fi nally ,  the  op ti cal   sig na l  detect ed  with   photodect ors  i n  O ptica l -   al ect rical   (O - E)  inte rf ac e.    Thus,  opti cal   nodes  are  th e  key  el e m ent  in  op ti cal   N oC   and   m any  of   them   are  pr opose d  i n  diff e re nt ty pes of net work [ 18 ] - [19].       O p t i c a l   N e t w o r k   o n   c h i p P r o c e s s o r   C 0 P r o c e s s o r   C 1 E - O c o n v e r t e r O - E c o n v e r t e r     Fig ure   2 .  O verview  of  op ti cal  co m m un ic at ion   via O n oC       To  e valuate  our  syst em   we  con si der   t he  network  m od el   as  show n  in  Fig ur e  3.   We  as sum e  that  the   desig n  of   t he  ne twork  c om posed  by  sta ges ,  wh ic h  the   num ber   of  sta ge s  is   direct  relat ed   with  t he  num ber   of   process or  co re s  N.  Mo reove r,  the  nu m ber   of  sta ges  P  gi ve n  by  the   eq uatio n  1,   w her e  N  i s  the  total   nu m ber   of  process or co re s.      1 2 l o g l o g * 2 N P                                     ( 1)     Accor ding the   nu m ber   of stag es P  i n  O N oC t he  total   nu m be r of   node s R is:     1 2 * 2 1 2 1 p i i N R                             ( 2)     The  i nn e r  a rch i te ct ur e o f  node   router   com po s ed  by  pa rtic ula r  num ber   β of MR  accor ding the  num ber  of  wa velen gth s   ʎ use d  i n ONo C.        C 0 C 1 C 2 C w .         .         . C w + 1 C n .         .         . C n - 1 C w + 2 C 3 C w - 1 .         .         . .         .         . .         .         . .         .         . .         .         . .         .         . s t a g e   1 s t a g e   2 s t a g e   p .         .         . M R     Figure  3 .  Str uc ture of  Opti cal   Netw ork o n  C hip       4.   CROSST AL K NOISE I N O NOC   Op ti cal   crosst al k  is  pr ese nted   in  ONoC  com pone nts  an d  de gr a des  the  qu a li ty  of   sig nals,   increasi ng   their  BER   (Bit   Error   Ra te )  pe rfor m ance  as  they   travel  th r ough  the  netw or k   [ 20] .  I n  ad di ti on ,  c ro s sta lk  no ise   increases   sig na l - to - no ise   rati o  (SNR)  an d  a ffec ts  the  qu a li ty   of  se rv ic e  (Qo S)   of  O N oC.  I n  fact,  bo t h  for m s  of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   491 2   -   4921   4916   op ti cal   crosst al k  can  arise  in  ONOC  r ou te rs :  inter - cr os sta lk  an d  intra - cr osst al k  [5 ] .    W e   con si der   bo t h  intra - channel a nd int er - c hannel i n o ne  c ro s sta lk fo rm  an d we call  it  cro s sta lk  no i se.    The  intri ns ic   char act erist ic   of   photonic  de vices  al lows   the   cro sstal k  i nduc ing   to  the  opti cal   sign al   accor ding  the  wav el e ng t hs   c ro ssi ng   i n  the  op ti cal   de vices .  W e  ass um e,  that  the  rate  of  the  cr os sta lk   no is e   ∆  λ   is  i nduce d  by   the  node   i  with  wa velen gth  λj  an d  the   rate   of   the   cr os sta l k  noise   ∆  λ   is   in duced   by  t he  wav e guide l  wi th w a velen gt h λj   [21] - [22] .    We  co ns ide r  the  w or st  case,  wh e n  each  nodes  an d  wa veguides  of  the  ne twork  im m ediat el y  ind uce   cro sstal k  nois e  (inter/i nt ra   cro sstal k)   c orrespo nd i ng  wi th  a  s pecific   wa velen gth   λi.  The   proce ss  of   com m un ic at ion   betwee n  co r es  beg i n  by  th e  init ia ti on   fr om   the  pr ocess or   c or e  M  (CM)  to  connect   with  the  process or   c or e   N  (CN ).   At  this  tim e,  ON oC   def ines  the  route  betwee n  CM   and   CN  a nd   sel ect s  a  spe ci fic  wav el e ng t h  for  this r e quest .    This  r ou te   is  c om po sed  by  a  sp eci fic  num ber   of  node s  an d  wav e guides .  T her e fore,  t he  longest  r oute   is  com po sed  by   P  no des  a nd   P+1  wa ve gu i de s.  Howe ver,  the  shortest   r oute   is  con sti tuted  by  1  no de  an d  two  wav e guides .  A s  m entioned   be fore,  th e  op ti cal   com po nen t s  induce  direct ly   the  cro sstal k  noise   to  the  op ti cal   sign al   pas sed   t hro ugh  them .  Fu rt her m or e,   we  de fine   the   total   cr os sta lk   no ise   a dd e d  to   the   opti cal   si gn al   ʎ    induced  b y t he diffe re nt w a ve gu i des  is:          ʎ =   ∑ ∑ ∆  λ ∄ = 1 = 1     w he re k  is the n um ber  of w a ve gu i de  w hich  c on sti tute t he  r oute  b et wee n  CM  an d  CN and   ʎ j  is the w avel eng t h   us e d  in  ONoC  deprive  of   ʎ i.   Additi on al ly ,  we  prese nt  the  total   cro sstal k  no ise   a ppen de d  to  the  opti cal   sign al   ʎ    in du ce d by th e d if fer e nt ro ut er  nodes  is:          ʎ =   ∑ ∑ ∆  λ ∄ = 1 = 1     w he re  L   is  t he  nu m ber  o f   r oute r  nodes   w hich   they   are   a p a rt  of  the   r oute   be tween  CM   an d  CN.   T hen,  the   total   cro sstal k no ise  pow e r  i n  the   CN for t he  opti cal  sign al   ʎ    is  presente d by:      ʎ =      ʎ +    ʎ      ʎ =     ∑ ∑ ∆  λ ∄ = 1 = 1 + ∑ ∑ ∆  λ ∄ = 1 = 1     Finall y, the S N R of the  opti cal  carr ie d o n  t he  w a velen gth   ʎ   is :      λ = 1 0 log   (  λ   λ )     w he re,    λ   is t he  opti cal  p owe r  si gn al  a nd    λ   is t he  cr os sta lk  noise  pow e r.    To  point  out  the  da ng e rous   aspect  of  the   c ro sstal k  on  the   net work,  we  evaluate  t he  S NR  a nd  the   cro sstal k  pow er  in  O N oC.  B esi des,   we  use   CLAP  to ol s  for  the  sim ulati on   w hich  de velo ped   by  [ 9 ] .  W e   expose  th e  SNR   and   the  pow er  of  the  cr os s ta lk  no ise   acc ordi ng   th e  siz e  of   the  netw ork   and   t he  num ber   of   wav el e ng t h us ed  in  ON oC. P recisel y, we  c om par e b et wee n t he  lo ngest  ro ute and t he   s ho rtest  one.   The  F ig ur e   4   (a)  an d  ( b)  pr esent  the   S NR   an d  C ro s sta lk   powe r  noise   accor ding  t he  siz e  of  the   netw ork  f or   t he   nu m ber   of  ʎ  equ al   8  a nd  16   res pecti vely .    No ti ce  that  the  cro s sta lk  powe r  noise   sli gh tl y   increase a cco r ding the  size  of n et w ork , but   t he  S NR  decr ea ses.    Fu rt her m or e,  i t  is  cl ear  that  the  cro sstal k  power   no ise   is  gr eat er  f or   the  longest  r oute   than  the   sh ort est  o ne , is d ue  to the add it ive n at ur e of cro sstal k  noise  w hich  it  induc es each ti m e  w hen  they has  c r os s in   the r oute . Cons equ e ntly ,   the cro sstal k  powe r  no ise  acc um ul at es thr ough th e o ptica l ro ute  betwee n  sourc e cor e   and   destinat io n  on e.    We  noti ce  that  the  SNR   beco m e  so   hig h  w he n  the  num ber   of   wav e le ng th  em plo ye d  i n  the n et wor k   ar e increase d .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Detect ion   an d Mo nitorin g In t ra /I nter Cr os st alk in O ptical  Ne tw or k on C hi p  ( Ah med Jedi di)   4917     (a)   num ber  of  ʎ=8     (b) nu m ber   of  ʎ=16     Figure  4 .   Cr os s ta lk noise  pow er a nd S NR ac cordin g  t he netwo rk size       We  e valuate   th e  cr os sta lk   po wer  noise   a nd  the  S NR  acc ordin g  t he  wav el eng t h  num ber   e m plo ye d  i n  the  O N oC  as   dep ic t  i n  the   F igure  5.   Partic ularly ,  we  fixe d  th e  netw ork  siz e  by  16x16  cor es   a nd  we   swee p  wav el e ng t h  nu m ber   fr om   2  to   32.  O n  acc ount  of  the  inc rea se  of   t he  wa vel eng t h  num ber ,  the  cr os sta lk  powe r  no ise   ta ke s  a n   e xponentia l   pro gr es s.  H oweve r,  the  S NR  co ns i der a bly  dec reases   w hen  the  nu m ber   of   wav el e ng t h  in crease.  Def i nitel y,  the  pres en ce  of  hi gh   nu m ber   of   op ti ca l  sign al s  in   th e  sam e  wav eg uid e  or   op ti cal   c om po nen t   ca us e s   a  di rect eff ect  t o  c ro sstal k  in duce d   in  the c orres pondin g wav el eng t h.       Finall y,  we  c oncl ude  that  t he   cr os sta lk  no ise   becam e  crit ic al   wh en   we   increase   the  wav el e ng t h  n um ber   or the  netw ork  siz e.   Accor dingly , det ect  an d m on it or  c rossta lk in  ONo C  becam e ind is pe ns able .            Figure  5 .  Cr os s ta lk noise a nd  SN R acc ordin g t he nu m ber   of  wav el e ng t hs   for 16x 16 cores       4.   CROSST AL K NOISE  DE TE CTION A ND M ONI T O R  S Y STE M    A s  m entioned   befor e ,  crosst a lk  no ise   is  seriou s  obsta cl es  t o  de velo p  opti cal   network   on   chip  w hic h  the  reli abili ty   and   pe rfor m ance  of   t he  MPS oC   will   be  cu rb.   As  a  Re s ult,  fi nd   a  syst em   that  has  a  capa bi li ty   t o   detect   and   m on it or   the  c r os st al k  noise   in  O No C  is  esse ntial   and   vital .  Ma inly ,  this  syst e m   m us t  resp ect   the  fo ll owin g req ui rem ents :      Eff ic ie ncy      Scal abili ty     Faci li ty  to  i m ple m ent   To  detect   a nd   m on it or   crosst al k  in  O N oC,  we  pro pose  th e  Cros sta lk  De te ct ion   an d  Mon it or  Syst em   (CDMS ).   T he  m ai n  idea  of   C DMS  is  to  m on it or   c onti nuously   the  dif fer e nt  i m pairm ents   (intra/i nter  c r osst al k)  in  the  w ho le   ne twork .  T o  r ea ch  the se  obj ec ti ves  CDMS  i s  com po se d  by   sever al   C ro s sta lk  Detect io n  Bl oc   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   491 2   -   4921   4918   (CDB)   distri bute d  i n  the   ne twork  acco rdi ng   a   sp e ci al   local iz at ion   syst e m   as  sh own   in   t he   F i gure  6 .   Fu rt her m or e,   CDB  is  place d  betwee n  tw o  op ti cal   no de s  in  the   sam e  le vel  w hich  C DB  s plit s  the  var i ou s   op ti cal  s ig nals  passe d  th r ough  these  op ti cal  rou te rs.   The  proc ess of  functi on  of  C DB is  gi ven b y t he  al go rithm   1.     First,  we  s plit   the  op ti cal   sign al s  from   t he  input/ outp ut   of   the  appr opriat e  opti cal   nodes .  To  real iz e  thi s   op e rati on  we  us e,  a  photode te ct or   m od ule  t o  co nvert  t he   opti cal   sign al s  in  el ect rical   sign al s.   Sec ond,   t he   diff e re nt  input/ ou t pu t  sig nals  passe d  to  CDB  wh ic h  the  pr oc ess  of   detect ion   a nd   local iz at ion   of   the  c r os sta lk   no ise   la unc he d.   T hird,  a  syst e m   of   cro sst al k  cl assifi cat i on   beg i n  to  m on it or  an d  to  cl assify   the  diff e ren t   detect ed  i m pairm ents  according   the  val ues   of   the  crosst al k  no ise s .    More ov e r,   the   cro sstal k  noi ses  are  cl assifi ed on 3   ty pes   as s how n i n  the  Ta ble   1.       C 0 C 1 C 2 C 4 C 5 C 3 s t a g e   1 s t a g e   2 s t a g e   4 C 4 C 5 s t a g e   3 s t a g e   5 C D B C D B C D B C D B C D B C D B     Figure  6.  P rop os e d  Cr os sta lk   Detect ion   an d  Locali zat ion   S yst e m  in  FON oC       Table  1.   Im per t m ent ala r m s ty pes   I m p er m en t  Alar m   Descripti o n   No  Cros stalk   No  detectio n  of  cr o ss talk  ( h ealth y  si g n al)   Acceptab le Cros st alk    ʎ   ≤   3 . 2      &&   ʎ   ∈  ʎ ( ℎ     ℎ       ℎ    )   Dan g en rou s Cro ss t alk    ʎ   >   3 . 2        ∀   ʎ (         )   OR    ʎ   ≤   3 . 2      &&   ʎ   ∈   ʎ ( ℎ    ℎ       ℎ    )       The  C DMS  m on it or  t he  cr osst al k  noise   by  evaluate  t he  st at us   a nd  featu r es  of  the   sig na l,  w hich  t he   cl assifi cat ion   of  the  cr os sta lk  no ise   is  esse ntial .  Indeed,  w he n  the  cr os sta l k  noise   po wer   is  gr eat   than  3.2  db   the  cr os sta lk  noise   is  cl assifi ed  as  da nger ous   and   we  m us t  gen e rate  an  al a rm   wh at ever   th e  local iz at ion   of   t he  op ti cal   com ponen t  ho w  res pons i ble  for  it .  Be sides,  this  sit uation  nam ed  Dange rous  cr osst al k  le vel.  H ow e ve r,   wh e n  t he  c ro s s ta lk noise  pow er is less t han  3.2 db,  we hav e two si tuati on :    1.   If   the  opti cal   com po ne nt  how   has  the  respo nsi bili ty   of   this  i m pair m ent  is  locat ed  in  the  uppe r - half  r ou t e,   and  we  cl assi f y  this  crosst al k  no ise   as   acc eptable.  Be si de s,  the  acce pta ble  cr os sta lk  l evel  al low  to  t he  op ti cal  sig nal  r each the  dest in at ion   without   a la rm  b ut they  m us t be ex am i ned.    2.   If   we  detect   the  cr os sta lk  noise   at   the  lo wer - hal f  r ou te   and   al arm   is   gen e rated  a nd  we  cl assify   this  cro sstal k  as  da ng e r ou s .  Be ca us e,  th e  pro ba bi li t y  to  ind uce  m or e  cro sstal k  is  hig h  a nd  ex trem e ly   aff ect   the   op ti cal  sig na l.                    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Detect ion   an d Mo nitorin g In t ra /I nter Cr os st alk in O ptical  Ne tw or k on C hi p  ( Ah med Jedi di)   4919   Algorithm  1 . C ro sstal k no ise   Mon it ori ng   FOR   ʎi= 1  to  32   IF   (C ro sstal k d et ect ion  =  1)  T hen   IF (  ʎ   >   3 . 2    ) T hen     Im per m ent A la rm  = D an gerous Crosst al k   El se IF   (  ʎ   ≤   3 . 2      &&   ʎ   ∈  ʎ ) T he n            Im per m ent   Ala rm  = D an gerous Crosst al k   El se IF   (  ʎ   ≤   3 . 2      &&   ʎ   ∈  ʎ ) T he n               Im per m ent A la rm  = A ccepta bl e Cro sstal k   END IF   El se IF   (C ro s s ta lk d et ect io n = 0 )  Then     Im per m ent A la rm  = N o  C ro ss ta lk   END IF   END FO R       To  reali ze  thes e   op e rati ons  in   real - tim e  fu nc ti on   we  desig n,  si m ulate   and   i m ple m ent  the  CDMS  in   RTL.  I ndeed ,  the  in ner   a rc hitec ture  of   t he  CDB  sho wn  in  the   Fig ur e   7.  F ur the rm or e,   CDB  c om po ses  by   sever al   MR i  to   sp li t  the  dif fere nt  opti cal   sig nal  ʎi  w hich   th e  num ber   of  M Ri   equ al   t o  the   num ber   of  ʎ.   Next ,   we  us e d  a  phot od et ect or  to  conve rt  op ti cal   sign al   to  el ect rical   on e  and   th e  nu m ber   of   th e  photodete ct ors  ar e   the  num ber s  of  ʎ.  For  the  i nput  sig nals  pa ssed  to  delay   process  t o  synch r on iz e  with  the  ou t pu t  s ign al s .   Finall y,  a  syste m   to  detect   t he  crosst al k  noise   pr ese nte d  with  the  com plexity   and   the  cost  a  directl y  relat ed   with the  num ber   of   wa velen gt h  use d.    CDMS  is  a  distribu te d  syst em   us e  the  different  inf orm ati on s  c ollec te d  f ro m   the  CDB  dev ic es .  W e   centrali ze  thes e  inf or m at ion s   in  the  C DMS ,  w hich  we  proceed   the  m onit or in g  of  t he  cro sstal k  noise   in  the   whole  netw ork.   Mor eo ver,  the  CDMS  loc al iz e  and   cl assify   the  diff er ent  cro sstal k  no ise s  in  ob j e ct ive  to  gen e rate t he  appr opriat e ala rm s as  dep ic t i n t he Alg or it hm  1.         MR 1 MR n MR w OP w OP n OP 1 D o w n s t r e a m   ( s p l i t   s i g n a l ) MR w MR n MR 1 OP 1 OP n OP w U p s t r e a m   ( s p l i t   s i g n a l ) D e l ay P r oc e s s C r os s t al k   D e t e c t i on   D e l ay P r oc e s s C r os s t al k   D e t e c t i on   D e l ay P r oc e s s C r os s t al k   D e t e c t i on   Q Q S E T C L R D Q Q S E T C L R D - = = C r p T h 1 C r p T h 2 A la r m 1 0 A la r m 2 1 A la r m .     .     . .     .     . .     .     .     Figure  7.  Cr osst al k  Detect io n B lock       5.   RESU LT S  AND A N ALYSIS   To  disc us s  the   feasibil it y,  the  reli abili ty ,  t he  scal abili ty   and   t he  cost  of  our  syst em ,  we  sim ulate ,  synthesiz e  an d  i m ple m ent  C DMS  in  FP G A.   F ur t her m ore,  we  us e d  the   STA RTER   K it   of   Xili nx   w it h  the  diff e re nt  sim u la ti on   an d  syn theses  to ols  ( Pr oject   Na viga tor   of  Xili nx   an d  Mo delSi m ).   Partic ularly ,  we   sel ect ed  SP AR TAN - 3E for  our  work   [23].        We  stu dy  the  cost,  the  c om plexity   and   the  scal abili ty   of   CDMS  acco rd i ng   t he  siz e  of   the  netw ork   and  the  num ber   of   t he  wav el e ng t hs   us e d  in   ONoC.  Be si de s,  these   pa ram et ers  e val uate  by  the  occ upat ion   a rea   of   t he  CDMS  in  the  c hip   as  sh ow n  in  t he  Figure  8.   We  no ti ce  that  the   area  occ upat ion   i n  the  c hip  is  the   nu m ber   of  L U Ts  us e d  on  c hip .  Mo re ov e r,   t he  total   num ber   of  LUT s  ex pone ntial ly   increases  acco rd i ng  the  nu m ber   of  pro cesso r   cor es  s cal es.  Indeed,  this  evo l ution   exp la ine d  by  the  increase  of  the  nu m ber   of  CDB   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   491 2   -   4921   4920   accor ding  the  siz e  of   the  network.  I n  add it ion ,  we  rem ar k  that  the  execu ti on   ti m es   i ncr ease s  sm oo thly   as   functi on  as  t he   num ber   of  co r es  w hich  t hey  r eflect   the  hi gh  scal ab il it y  of   CDMS.  In  pa rtic ular,   t he  a ver a ge  of  the  exacti ons  t i m e  is  aro und  23   m ic ro sec onds .    As  res ul t,  CDMS  reac h  a  real  ti m e  functi on  with  a  high   scal abili ty .  In de ed,   w he n  the  netw ork  has  2048  pr ocess or   cor es  C DMS  ne ed  le ss  than  4000  LUT s  an d  this  value  i s  0.0 1%   of  the  siz e  of  the  chi p  a nd  th e  exec ution  ti m e  is  le ss  than   25  m ic ro seco nd s .  T he  pe nalty   fr om   the  photodete c tor  operati on  sli gh tl y  eff e ct   the  real  ti m e   f un ct io n  of  t he  C DMS  bec ause  al l  de vices  ar e   i m ple m ented  in  the  sam e  chip  a nd   t he  c on c eption  of  the  C DMS  boos t  the   real  tim e  execu ti on  by  a  high   RTL   desig n.           Figure  8 .   Com plexity  and sca la bili ty  o f  CD LS in  ch i p       To  bette r  unde rstan ding  the   cost  an d  the  com plexity   of   the  CDMS,  we  ex plore  th e  cost  an d  the   scal abili ty   of   CDB  accor ding  the  num ber   of   the  wa veleng t h  ʎi  use d  i n  O No C .  The  Figure  9  pr e se nts  the   com plexity   of   the  CDB   de fin e  as  the   rate   of   the  L uTs  nu m ber  over   the   w avelen gth  num ber  ʎ  use d  in  ONoC .   Si m il arly ,  we  pr ese nt  the   fl ow  of  data  proc ess  as  perf or m ance  a nd  scal a bili ty   of   CDB .     W e   real iz e  t hat  the   com plexity   of   CDB  increase  sign ific a ntly   wh en  t he  num ber   of  ʎ  is  between   2  a nd   16  the n  this  va riat io n  sli gh tl y  sta bilizes . I ndee d,  thi s p rog ress  of the co m plexity   is du e to the  re us e of the h ar dware b l ocs,  wh ic h  the   com plexity   rate  is  64%  f or  ʎ  e qu al   16  th an  it   is  62%  for  ʎ  eq ual  32.  Othe rw ise ,  we  noti ce  that   the   perform ance  and   scal a bili ty   of   C DB  are  m os tl y  con sta nt  as  functi on  the   nu m ber   of  wa velen gth s .  As  a  resu lt ,   the  CDB  offe r s  a  hi gh  scal a bili ty   and   perf or m ance  with   an  a ppr opriat e  com plex it y  wh en   the  num ber   of   wav el e ng t hs   e xceeds  16.            Figure  9 .   Com plexity  and  Da ta  f lo w of  C D B        6.   CONCL US I O N   T he  te ch no l ogy  gr owth  of  tr ansisto r  integr at ion   has  no w   reache d  it s  lim it s.  Moreo ve r,   this  high   transisto r  i nteg rati on  rate  has   pu s he d  t he  se m ic on duct or  in du st ry  to   sh i ft  from   the  sing le - co re  to   a  m ulti - cor e   in  one  c hip  ( MPSoC) .  On e   of  the   seri ous  pro blem s  of  the  MPS oC  i s  the  c omm un ic at ion s  betwe en  th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Detect ion   an d Mo nitorin g In t ra /I nter Cr os st alk in O ptical  Ne tw or k on C hi p  ( Ah med Jedi di)   4921   diff e re nt  pr oce sso r ’s   co res.  I n  this  c on te xt,  Netw ork  on  C hip   is   a  prom ote  so luti on  t o  s olv e  t his  pro ble m   bu t   is  lim i te d  by  th e  increase d  nu m ber   of   c ores  i m ple m ented  on  c hip .   O ptica l  Netw ork  on  C hip   is  a   pr om ot ion al   so luti on  that  s olv es  the  pro ble m   of   high  rat e  of   data  exc ha ng e  betwee n  cor es  with  le ss   energy  consu m pt ion .  Howe ver,  in   opti cal   com m un ic at ion   ONoC   is  af fected   by   cr os sta lk  nois e,  w hich   is  a   m ajo r   pr ob le m   that  hinders  t he  achievem ent  and  m ai ntenan ce  of   high  pe rform ance.  In   fac t,  cro sstal k  no ise   deterior at e s  the   qu al it y  of   sig na ls  and   he nce  degra des  syst em ’s  per form ance.  I n  this  paper  we   pro pose d  a  new   syst e m   to  detect   and   m on it or   c ro s sta lk   no ise   in  ONoC,  w hich  t he   con tri bu ti on  of   this  work   i f  to  offe r  the   first  com plete ly sys tem  to  detect  a nd  m on it or ala rm s ind uced   by  cro sstal k  i n  ONoC. P a rtic ul arly , w e d esc ri bed  t he   distrib uted  a rc hitec ture  a nd  the  f unct ion  of CDMS,  al s o,  w e  f oc us ed   on the  ha rdwa re  de sign  o f   CDB. Finall y,   we  im ple m ente d  a nd   sim ulated   our  syst em  to  evaluate t her e  perform ance. The  resu lt s  ha ve  d em on strat ed  that,  our  syst em   of f ers  a   hi gh  scal abili ty   with  lo w  rate  of  occ upat ion  in   area   of  the  c hip  as  well   as  a   real - tim e   functi on  with  23 m ic ro seco nds as e xecu ti on t i m e.       REFERE NCE S     [1]   E.   Bone tt o,   et   a l. ,   “ Opti ca l  te ch nologi es  c an  improve  the   ene rg y   ef ficien c y   o f  net works , ”  Proc .   35th  Eur.   Con f .   Opt.   Comm un . ,   pp.   1 – 4 ,  2009 .   [2]   M.  J.  Cia nch et t i,  et   al. ,   “ Phastla n e:   A  rap id  tr ansi t  opti c al   rout ing  net work,”   Proc.   36th  Annu.   ISC A ,   pp.   441 – 450 ,  2009 .    [3]   L .   Zhou ,   et   a l. ,   “ A  Joint - Coding  Scheme  with  Cross ta lk  Avoidance  in  Net work  on  Chip , ”  TEL KOMNIKA   ( Tele communic ati on  Computing   El e ct ro nic s and   Control) , v ol /i ss ue:   11 ( 1 ) ,  2013 .   [4]   M .   F .  Chat m en ,   et   al . ,   “ New  Design  of  Netw ork  on  Chip  Ba sed  on  Virtual  Route rs , ”   Indon esian  Journal  o f   El e ct rica l  Eng in ee ring a nd   Computer  Sc ie nc e ( IJE ECS) ,  v ol / issue:   2 ( 1 ) ,   pp.   115 - 1 31 ,  2016 .   [5]   H .   A.  M.  Harb,   et   al. ,   “ A  Study   of  the   Num ber   of  W ave le ngths  I m pac t  in  the   Opt ic a l  Bu rst  Sw it chi ng  Core  Node , ”   Proce ed ing  of  th e  El e ct rica l  Eng ine ering  Co mput er  Sci ence     and  I nformatic s ,   Yog y ak arta,   Indone s ia ,  pp.   664 - 667 ,  2017 .   [6]   A .   Jedidi ,   et   al . ,   “ Dete ct ion  and   loc al i zation  of  cro ss ta lk  in  an  al l - opt ical  net w ork , ”  Journal  of   opti cs ,   vol /i ss u e:   13 ( 1 ) ,  2011 .   [7]   Y .   Xie,   et   al . ,   “ Cross ta lk  Noise  Anal y sis  and  Optimiza t ion  in  5x 5  Hitl ess  Sili con - Based  Optical  Route r  for  Opti c al  Networks - on - Chip  (ON oC) , ”  Jou rnal  o f  Ligh twave  Techno logy ,  v ol/ issue:   30 ( 1 ) ,   2 012 .   [8]   F .   Gam bini ,   e t  a l. ,   “ BER  eva l uation  of  a  low - cro ss ta lk  sili con  integra t ed  m ult i - m i cro ring  ne twork - on - chi p , ”   opt ic s  ex press   journal ,  2015 .   [9]   M.  Nikdast ,   et   a l . ,   “ S y stematic  a naly s is  of  cro ss t al k  noise   in  fo ld ed - torus  base d  o pti c al   ne tworks - on - chi p, ”  IE E E   Tr ans.  Comput. - Ai ded   Design  In t egr.   Circu it s S yst. ,   vol / issue:   33 ( 3 ) ,   pp .   437 – 450 ,   2014.     [10]   M .   Nikdast,   et   a l. ,   “ Cross ta lk   Noise  in  W DM - base d  Optical  Ne tworks - on - Chip:   a  Form al   Stud y   an d  Com par ison , ”  IEE E   Tr ansacti o ns on  Ve ry   Lar ge  Sca le Int egrat i on  Syste ms ,   vol / i ss ue:   23 ( 11 ) ,   pp.   2552 - 2565,   201 5 .   [11]   Y.  Xie ,   et   a l . ,   “ For m al   wors t - ca se  anal y s is  of  cro ss ta lk  noise  in  m esh - base d  opti c al   ne tworks - on - chi p, ”   IEEE   Tr ans.  Ve ry  Lar ge  Sca le Int egr .   ( VLSI )   Syst . ,   vol /i ss ue:   21 ( 10 ) ,   p p.   1823 – 1836 ,   2 013.   [12]   Y.  Xie ,   et al . ,   “ C ross ta lk  noise an d  bit   err or  ra te   a naly s is f or  opt ical  ne twork - on - c hip, ”   Proc. 47t h  ACM/ IE EE   DAC ,  pp.   657 – 660 ,  20 10 .   [13]   E .   Fus el l a   and   A .   Cil ard o,   “ PhoN oCMap:  an  Appl ic a ti on  Mapping   Tool   for  Photon ic   Networks - on - Chip , ”   D esign ,   Aut omation   &   T est  in   Europe   Co nfe renc e  &   Ex hibi ti on  ( DATE) ,  2 016 .   [14]   E .  F usella   and  A .   C ilardo ,   “ Cr oss ta lk - Aw are   Autom at ed  Map ping  for  Opti cal   Networks - on - Chip , ”  ACM  Tr an s.   Embe d.   Comput .   Syst . ,   vo l/ issue:   16 ( 1 ) ,   2016 .   [15]   J.  Chan,   et   a l. ,   “ Ph y sical - l a y er  m odel ing  and  s y s t em - le vel  design  of  chi p - sc al e   ph otoni c  int er conn ec t ion  ne tworks,”   IEE E   Tr ans.  Comput. - Ai d ed  Des ign  Int egr.   C ircu it s Sy st . ,   vol / issue:   30 ( 10 ) ,   pp .   15 07 – 1520,   2011 .   [16]   W .   Ding,   et   al . ,   “ Com pac t  and  low  cro ss ta lk  wave guide   cro ss ing  using  impedanc e  m at ch ed  m etam at erial , ”  App l .   Phy s.  Le tt . ,   vol / i ss ue:   96 ( 11 ) ,   pp.   111114 - 1 – 1111 14 - 3,   2010 .       [17]   Q.  Li ,   et   al . ,   “ Design  and  dem onstrat ion  of  co m pac t,   wide  ba ndwidth  coupl e d - resona tor  filte rs  on  a  s il ic on - on - insula tor   platfor m , ”  Opt.   E xp . ,   v ol /i ss ue:   17 ( 4 ) ,   p p.   2247 – 2254 ,   2 009.     [18]   D .   Nikolova,  e t   al. ,   “ Scal ing   sili con   photonic  sw it ch  fab r ic s  f or  data  c ent er   i nte rco nn ec t ion  net works , ”  Opt .   Ex press ,   vol /i ss ue:   23(2) ,   pp .   115 9 – 1175 ,   2015 .    [19]   M.  Petracc a ,   e t   al . ,  “ Design  Ex plora ti on   of  Opt ic a l  Int erc onne ction  Net works   fo r  Chip  Multi pro ce ss ors, ”   HOTI ,  2008.     [20]   L.   H.  K.  Duong ,   et   al . ,   “ A  ca se  stud y   of  signal - to - noise  rat io  in  ring  base d  opti c al   net works - on - chi p, ”  IEEE  Des.   Test  Comput. ,   v ol /i ss ue:   31 ( 5 ) ,   p p.   55 – 65 ,   2014 .   [21]   A.  Parini ,   e t  al. ,   “ BER  eva lua ti o n  of  a  passive  S OI  W D M  route r, ”  IEEE  Phot on .   Technol .   Lett . ,   vol/ issue:  25(23) ,   pp.   2285 – 2288 ,   2013 .   [22]   H.  Gu,  et   al. ,   “ A  Low - power  Fat  Tre e - b ase d  Optic a l  Network - on - Chip  for   Multi proc essor  S y stem - on - Chip , ”   DATE ,   2009 .     [23]   F.  Xia,   et   al . ,  “ Ultra - compac t  h igh  orde r  ring  re sonator  fil t ers  using  subm ic ron  sili con  photon ic   wire s  for  on - chi p   opti c al   int er conn ec ts, ”   Opt ic al   E x press ,   vol/ issue:   15 ( 19 ) ,   pp .   1193 4 - 11941 ,   2007 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.