Resumo: A fotônica emerge com dispositivos promissores para o projeto de sistemas de computação de última geração. Desenvolvimentos recentes nas técnicas de fabricação de fotônica de silício (SiP) mostram que a fotônica pode fornecer armazenamento óptico de dados, interconexões de alta largura de banda, comutação de alta velocidade e baixo \emph{overhead} de energia-por-bit. O objetivo desta tese é explorar as novas oportunidades que a fotônica traz para a arquitetura de computadores: 1) avaliando as características e limitações de uma memória principal totalmente óptica, 2) propondo uma arquitetura óptica reconfigurável multi-GPU, e 3) propondo uma arquitetura de memória opticamente conectada para data centers desagregados. Como resultado, apresentamos três contribuições. Primeiramente, propomos e avaliamos um processador com um sistema de memória totalmente óptica construído com uma topologia em árvore de switches em cascata para acessar as células de memória. O objetivo principal é obter baixa latência de acesso à memória, semelhante às latências dos caches L1 e L2. Esta característica é baseada na escala de operação $ Ver menos

Abstract: Photonics is emerging with promising devices for the design of next-gen computing systems. Recent developments in Silicon Photonics (SiP) fabrication techniques show that photonics can provide optical data-buffering, high-bandwidth interconnects, high-speed switching, and low energy-per-bit overhead. The objective of this thesis is to explore the new opportunities that photonics brings to computer architecture by: 1) evaluating the characteristics and limitations of a full-optical main memory, 2) proposing a reconfigurable optical multi-GPU architecture, and 3) proposing an optically connected memory architecture for disaggregated data centers. As a result, we present three contributions. First, we propose and evaluate a processor with a full-optical memory system built with a tree topology of cascaded switches for accessing the memory cells. The main goal is to obtain low memory access latency, similar to L1 and L2 caches latencies. This characteristic is based on the $ Ver menos