Silicon Photonic interconnects are a promising technology for scaling computing systems into the exa-scale domain. However, there exist significant challenges in terms of optical losses and complexity. In this work, we evaluate the applicability of a thermally/electrically tuned Beneš network based on Mach–Zehnder Interferometers for on-chip and inter-chip interconnects as regards its scalability. We examine how insertion loss, laser power and switching energy consumption scale with the number of endpoints. In addition, we propose a set of hardware-inspired routing strategies that leverage the inherent asymmetry present in the switching components. We evaluate a range of network sizes, from 16 up to 256 endpoints, using 8 realistic and synthetic workloads and found very promising results. Our routing strategies offer a reduction in path-dependent insertion loss of up to 35% in the best case, as well as a laser power reduction of 31% for 32 endpoints. In addition, bit-switching energy is reduced by between 8% and 15% using the most efficient routing strategy, depending on the communication workload. We also show that workload execution time can be reduced with the best strategies by 5%–25% in some workloads, while the worst-case increases are at most 3%. Using our routing strategies, we show that under the examined technology parameters, a 32-endpoint interconnect can be considered for the NoC domain in terms of insertion loss and laser power, even when using conservative parameters for the modulator.

硅光子互连是一种有前途的技术，可以将计算系统扩展到Exa级域。然而，在光损耗和复杂性方面存在重大挑战。在这项工作中，我们评估了基于Mach–Zehnder干涉仪的热/电调谐Beneš网络在片上和片间互连方面的可扩展性。我们研究了插入损耗，激光功率和开关能耗如何随端点数量而变化。此外，我们提出了一组受硬件启发的路由策略，这些策略利用了交换组件中固有的不对称性。我们使用8种现实和综合的工作负载，评估了从16个端点到256个端点的一系列网络规模，并发现了非常有希望的结果。在最佳情况下，我们的路由策略可将与路径相关的插入损耗降低多达35％，对于32个端点，激光功率降低了31％。此外，根据通信工作量，使用最有效的路由策略可以将位切换能量减少8％至15％。我们还表明，采用最佳策略，在某些工作负载中可以将工作负载执行时间减少5％–25％，而在最坏情况下，最多可以增加3％。使用我们的路由策略，我们表明，在检查的技术参数下，就算在插入损耗和激光功率方面，NoC域也可以考虑使用32端点互连，即使对调制器使用保守的参数也是如此。使用最有效的路由策略，根据通信工作量，位转换能量可减少8％至15％。我们还表明，采用最佳策略，在某些工作负载中可以将工作负载执行时间减少5％–25％，而在最坏情况下，最多可以增加3％。使用我们的路由策略，我们表明，在检查的技术参数下，就算在插入损耗和激光功率方面，NoC域也可以考虑使用32端点互连，即使对调制器使用保守的参数也是如此。使用最有效的路由策略，根据通信工作量，位转换能量可减少8％至15％。我们还表明，采用最佳策略，在某些工作负载中可以将工作负载执行时间减少5％–25％，而最坏情况下的增加最多为3％。使用我们的路由策略，我们表明，在检查的技术参数下，就算在插入损耗和激光功率方面，NoC域也可以考虑使用32端点互连，即使对于调制器使用保守的参数也是如此。