專利名稱：具有共享光學(xué)接口的光學(xué)廣播總線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及計(jì)算機(jī)總線，以及尤其涉及光學(xué)廣播總線。
背景技術(shù)：
典型的電子廣播總線包括互連節(jié)點(diǎn)的信號(hào)線集合。節(jié)點(diǎn)可以是處理器、存儲(chǔ)器控制器、刀片系統(tǒng)的服務(wù)器刀片、多核處理單元內(nèi)的核、電路板、外部網(wǎng)絡(luò)連接。廣播總線允許節(jié)點(diǎn)向計(jì)算系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)廣播消息，該消息諸如指令、地址和數(shù)據(jù)。與總線電通信的任何節(jié)點(diǎn)可以接收從其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息。但是，電子廣播總線的性能和可擴(kuò)展性受到帶寬、等待時(shí)間以及功耗的問(wèn)題的限制。隨著更多節(jié)點(diǎn)被添加到系統(tǒng)，更可能發(fā)生影響帶寬的行為以及對(duì)更長(zhǎng)的互連的需要，而這增大等待時(shí)間。帶寬和等待時(shí)間二者利用更多資源得以滿足，這導(dǎo)致功率的增加。特別地，電子廣播總線易于相對(duì)較大且消耗相對(duì)大量的功率，并且在一些情況下擴(kuò)展對(duì)于性能是有害的。因此，期望表現(xiàn)出低等待時(shí)間和高帶寬的可擴(kuò)展廣播總線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例針對(duì)配置有用于光學(xué)信號(hào)的扇入和扇出的共享光學(xué)接口的光學(xué)廣播總線。在一方面中，光學(xué)廣播總線包括多個(gè)光學(xué)接口，光學(xué)耦合到所述多個(gè)光學(xué)接口的扇入總線，以及光學(xué)耦合到所述多個(gè)光學(xué)接口的扇出總線。每個(gè)光學(xué)接口被配置為將由至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)，該光學(xué)信號(hào)被扇入總線接收并引導(dǎo)到扇出總線，并被扇出總線廣播到所述多個(gè)光學(xué)接口。每個(gè)光學(xué)接口還將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)被發(fā)送到電耦合的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)以供處理。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第一光學(xué)廣播總線的示意性圖示。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第二光學(xué)廣播總線的示意性圖示。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第三光學(xué)廣播總線的示意性圖示。圖4示出六節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的示例，其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置有接收器和發(fā)射器。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第一發(fā)射器的示意性圖示。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第二發(fā)射器的示意性圖示。圖7A-7B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的多節(jié)點(diǎn)發(fā)射器。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第一接收器的示意性圖示。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的第二接收器的示意性圖示。圖10A-10B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的多節(jié)點(diǎn)接收器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例針對(duì)配置有用于光學(xué)信號(hào)的扇入和扇出的共享光學(xué)接口的光學(xué)廣播總線。每個(gè)光學(xué)接口被電耦合到多個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)被允許廣播信息時(shí)，該節(jié)點(diǎn)將該信息編碼在電信號(hào)中，并將該電信號(hào)發(fā)送到電耦合的光學(xué)接口。該光學(xué)接口接收電信號(hào)并將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)，該光學(xué)信號(hào)被分發(fā)到所有的光學(xué)接口。每個(gè)光學(xué)接口將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將該電信號(hào)發(fā)送到電耦合的節(jié)點(diǎn)。電信號(hào)可以以相對(duì)高和低的電壓或電流幅值來(lái)編碼信息，其中，離散時(shí)間域中的相對(duì)高的幅值可以表示比特“0”，而離散時(shí)間域中的相對(duì)低的幅值或無(wú)幅值可以表示比特“ 1 ”。同樣地，光學(xué)信號(hào)可以以相對(duì)高和低的電磁輻射幅值來(lái)編碼信息，其中，離散時(shí)間域中的相對(duì)高的幅值可以表示比特“0”，而離散時(shí)間中的相對(duì)低的幅值或無(wú)幅值可以表示比特“ 1 ”。具有光學(xué)接口的廣播總線
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的示例性光學(xué)廣播總線100的示意性圖示?？偩€ 100包括扇入總線102、扇出總線104和主機(jī)控制裝置106。扇入總線102包括反射鏡108 和110以及兩個(gè)光學(xué)分接頭111 一 112。扇出總線104包括反射鏡114和116以及兩個(gè)光學(xué)分接頭118-119。如圖1中所示，總線100還包括三個(gè)光學(xué)接口 121 — 123。每個(gè)光學(xué)接口被設(shè)置在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，并包括用Tx標(biāo)識(shí)的發(fā)射器以及用Rx標(biāo)識(shí)的接收器。六個(gè)節(jié)點(diǎn)被標(biāo)記為0到5。這些節(jié)點(diǎn)可以是處理器、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器控制器、刀片系統(tǒng)的服務(wù)器刀片、 多核處理單元集群、電路板、外部網(wǎng)絡(luò)連接或任何其他數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)或發(fā)射裝置的任意組合。每個(gè)光學(xué)接口的發(fā)射器Tx和接收器Rx被電耦合到相鄰節(jié)點(diǎn)。虛線方向箭頭表示發(fā)射器/接收器與鄰居節(jié)點(diǎn)之間的電信號(hào)的路徑。例如，光學(xué)接口 121被設(shè)置在節(jié)點(diǎn)0與1之間，并包括發(fā)射器Tx IM和接收器Rx 126。發(fā)射器Tx將由節(jié)點(diǎn)0和1產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)，該光學(xué)信號(hào)經(jīng)由扇入總線102被發(fā)送到主機(jī)控制裝置106。另一方面，接收器 Rx 1 將由主機(jī)控制裝置106廣播的光學(xué)信號(hào)經(jīng)由扇出總線104轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)可以由節(jié)點(diǎn)0和1進(jìn)行處理。如圖1的示例中所示，實(shí)線方向箭頭表示光學(xué)信號(hào)沿著扇入總線102和扇出總線 104的光通信路徑傳播的方向。術(shù)語(yǔ)“光通信路徑”是指光學(xué)互連以及通過(guò)自由空間傳輸?shù)墓?。扇入總線102和扇出總線104內(nèi)的光通信路徑可以是12比特寬的通道(lane)。每個(gè)通道可以利用光學(xué)纖維、脊波導(dǎo)或自由空間來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)通道也可以利用由具有空氣芯的管子組成的中空波導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。形成中空波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)管可以具有折射率大于或小于1的內(nèi)芯材料。該管材可以由適當(dāng)?shù)慕饘佟⒉ＡЩ蛩芰蠘?gòu)成，并且可以在管材的內(nèi)表面上沉積金屬性和介電的膜。中空波導(dǎo)可以是中空金屬波導(dǎo)，該中空金屬波導(dǎo)具有作為芯的內(nèi)表面的襯里的高反射性金屬涂層。該空氣芯可以具有圓形、橢圓形、正方形、矩形或任何其他適于引導(dǎo)光的形狀的截面形狀。因?yàn)椴▽?dǎo)是中空的，因此光學(xué)信號(hào)可以沿著具有大約為1的有效指數(shù)的中空波導(dǎo)的芯行進(jìn)。換句話說(shuō)，光以空氣或真空中的光速沿著中空波導(dǎo)的芯傳播。主機(jī)控制裝置106是光-電-光轉(zhuǎn)換器，其接收從反射鏡108反射出來(lái)的光學(xué)信號(hào)，再生光學(xué)信號(hào)，并通過(guò)將光學(xué)信號(hào)傳送到反射鏡114來(lái)廣播光學(xué)信號(hào)。主機(jī)控制裝置 106克服了由光學(xué)信號(hào)行進(jìn)通過(guò)扇入總線102所導(dǎo)致的衰減或損耗。除了增強(qiáng)光學(xué)信號(hào)之外，主機(jī)控制裝置106也可以用于去除光學(xué)信號(hào)的噪聲或其他不想要的方面。由主機(jī)控制裝置106產(chǎn)生的光功率的量由附著到扇出總線的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量、系統(tǒng)損耗以及接收器的靈敏度而確定。換句話說(shuō)，主機(jī)控制裝置106產(chǎn)生具有足夠的光功率以到達(dá)所有接收器的光學(xué)信號(hào)。
主機(jī)控制裝置106也可以包括仲裁器，該仲裁器通過(guò)采用仲裁方案來(lái)解決沖突， 該仲裁方案防止兩個(gè)或更多節(jié)點(diǎn)同時(shí)使用扇入總線102。在很多情況下，由主機(jī)控制裝置 106執(zhí)行的仲裁依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵路徑。在沒(méi)有仲裁的情況下，主機(jī)控制裝置 106可以在相同的光通信路徑上從多于一個(gè)的節(jié)點(diǎn)接收光學(xué)信號(hào)，其中，光學(xué)信號(hào)在主機(jī)控制裝置106處組合并變得難以辨認(rèn)。仲裁器確保在可以使用扇入總線102之前節(jié)點(diǎn)必須被授權(quán)允許經(jīng)由扇入總線102進(jìn)行廣播，以便防止去往主機(jī)控制裝置106的同時(shí)的光學(xué)信號(hào)傳輸。在其他廣播總線實(shí)施例中，主機(jī)控制裝置106可以被去除，并且仲裁可以使用時(shí)分復(fù)用(“TDM”)來(lái)執(zhí)行。在去除了主機(jī)控制裝置106的情況下，光學(xué)信號(hào)被從反射鏡108直接路由到扇出總線104的反射鏡114。在TDM仲裁中，通過(guò)數(shù)輪仲裁來(lái)執(zhí)行仲裁。每輪仲裁被細(xì)分成多個(gè)廣播時(shí)間段。在每輪仲裁內(nèi)，向每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配所述多個(gè)廣播時(shí)間段之一，在該廣播時(shí)間段中該節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行廣播。例如，一輪用于6個(gè)節(jié)點(diǎn)的TDM仲裁可以具有6個(gè)廣播時(shí)間段。每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以僅僅在六個(gè)時(shí)間段中的一個(gè)內(nèi)進(jìn)行廣播。由節(jié)點(diǎn)0-5經(jīng)由扇入總線102和扇出總線104廣播的光學(xué)信號(hào)可以采用分組的形式，該分組包括頭部。每個(gè)頭部將特定節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)作為光學(xué)信號(hào)攜載的數(shù)據(jù)的目的地。所有光學(xué)接口經(jīng)由扇出總線104接收光學(xué)信號(hào)。但是，因?yàn)槊總€(gè)分組的頭部將特定節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)作為數(shù)據(jù)的目的地，因此僅僅被該頭部標(biāo)識(shí)的節(jié)點(diǎn)實(shí)際上接收并處理編碼在光學(xué)信號(hào)中的信肩、ο扇出總線的光學(xué)分接頭被配置為在光學(xué)接口中接近均勻地分發(fā)光功率。通常，對(duì)于包括η個(gè)光學(xué)接口的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，光學(xué)分接頭被配置為每個(gè)將從主機(jī)控制裝置輸出的光學(xué)信號(hào)的總光功率的大約1/η轉(zhuǎn)移到每個(gè)光學(xué)接口。扇入總線的光學(xué)分接頭也被配置為使得主機(jī)控制裝置從扇入總線上的每個(gè)光學(xué)接口接收到近似等量的光功率。換句話說(shuō)，在扇入總線內(nèi)配置光學(xué)分接頭以使得主機(jī)控制接收從每個(gè)光學(xué)接口輸出的總光功率的大約1/η。光學(xué)廣播總線實(shí)施例不限于包括6個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算系統(tǒng)，并且可以被向上或向下擴(kuò)展以為包括各種節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)配置的計(jì)算系統(tǒng)提供廣播。通常，包括η個(gè)光學(xué)接口的廣播系統(tǒng)包括扇入總線中的η-1個(gè)光學(xué)分接頭以及扇出總線中的η-1個(gè)光學(xué)分接頭。光學(xué)分接頭在圖1中被標(biāo)識(shí)為OTm，其中，下標(biāo)m是滿足條件KmSn-I的整數(shù)。光學(xué)分接頭118和119 被配置為使得從反射鏡114反射出來(lái)的光學(xué)信號(hào)的光功率的1/3到達(dá)光學(xué)接口 121-123 的接收器Rx，以及光學(xué)分接頭111和112被配置為使得從每個(gè)光學(xué)接口輸出的總光功率的 1/3從反射鏡108反射出來(lái)。光學(xué)分接頭的反射率和透射率可以近似如下。光學(xué)分接頭根據(jù)下式反射光學(xué)信號(hào)功率一部分
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)廣播總線(100，200，300)，包括多個(gè)光學(xué)接口(121-123，210，212，216，218，301-303)，每個(gè)光學(xué)接口被電耦合到至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)；被光學(xué)耦合到所述多個(gè)光學(xué)接口的扇入總線(102，202)；以及被光學(xué)耦合到所述多個(gè)光學(xué)接口的扇出總線(104，204)，其中，每個(gè)光學(xué)接口被配置為將由所述至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)，所述光學(xué)信號(hào)被所述扇入總線接收并引導(dǎo)到所述扇出總線，并被所述扇出總線廣播到所述多個(gè)光學(xué)接口，其中，每個(gè)光學(xué)接口將所述光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成被發(fā)送到電耦合的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)以供處理的電信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線，其中，每個(gè)光學(xué)接口進(jìn)一步包括接收器(123)，所述接收器(123)被配置為將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以被所述電耦合的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)處理的電信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線，其中，每個(gè)光學(xué)接口進(jìn)一步包括發(fā)射器(1M)，所述發(fā)射器(124)被配置為將由所述電耦合的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線，還包括主機(jī)控制裝置(106，206)，所述主機(jī)控制裝置 (106，206)被配置為作為光-電-光轉(zhuǎn)換器而工作，其接收來(lái)自扇入總線的光學(xué)信號(hào)，再生所述光學(xué)信號(hào)，然后在扇出總線上發(fā)送再生的光學(xué)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的總線，其中，所述主機(jī)控制裝置進(jìn)一步包括仲裁以確定所述至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)中的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)被允許經(jīng)由光學(xué)廣播總線進(jìn)行廣播。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線，其中，所述扇入總線和扇出總線進(jìn)一步包括多個(gè)光通信路徑；第一組光學(xué)分接頭(111，112)，其被配置和定向?yàn)閷拿總€(gè)光學(xué)接口輸出的光學(xué)信號(hào)經(jīng)由一定的光通信路徑引導(dǎo)到扇出總線；以及第二組光學(xué)分接頭(118，119)，其被配置和定向?yàn)閷⑺龉鈱W(xué)信號(hào)的一部分轉(zhuǎn)移到每個(gè)光學(xué)接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的總線，其中，所述光通信路徑進(jìn)一步包括中空波導(dǎo)，所述光學(xué)信號(hào)傳播通過(guò)所述中空波導(dǎo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的總線，其中，所述光學(xué)分接頭進(jìn)一步包括分束器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線，其中，所述扇入總線被配置為將來(lái)自所述多個(gè)光學(xué)接口的光學(xué)信號(hào)以近似相同的光功率發(fā)送到扇出總線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線，其中，所述扇出總線被配置為將光學(xué)信號(hào)以基本相同的光功率分發(fā)到每個(gè)光學(xué)接口。
11.一種光學(xué)信號(hào)發(fā)射器，包括傳輸線路(506，606，608)，其在第一端電耦合到節(jié)點(diǎn)并被配置為接收由所述節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電信號(hào)；短截線(516，622，6M)，所述短截線(516，622，624)鄰近所述傳輸線路設(shè)置，并被配置為提取出由所述傳輸線路攜載的電信號(hào)的一部分；光源(510，612，708)，其電耦合到所述短截線并被配置為將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)；以及終接電阻器(512，514，614，616)，所述終接電阻器(512，514，614，616)在第二端處被電耦合到傳輸線路，并被配置為防止電信號(hào)沿著所述傳輸線路朝著所述節(jié)點(diǎn)被反射回去。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)射器，還包括第一驅(qū)動(dòng)器(502，504，602，604)，所述第一驅(qū)動(dòng)器(502，504，602,604)被設(shè)置在所述傳輸線路的第一端與所述節(jié)點(diǎn)之間，并被配置為對(duì)由所述節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大；以及第二驅(qū)動(dòng)器(508，610，706)，所述第二驅(qū)動(dòng)器(508，610，706)被設(shè)置在所述短截線與所述光源之間，并被配置為對(duì)被短截線提取出的電信號(hào)進(jìn)行放大。
13.一種光學(xué)信號(hào)接收器，包括光電檢測(cè)器(808，908)，其被配置為接收光學(xué)信號(hào)并將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；短截線(810，910，912)，其被配置為接收來(lái)自所述光電檢測(cè)器的電信號(hào)；傳輸線路(806，904，906 )，所述傳輸線路(806，904，906 )被電耦合到所述短截線，并被配置為提取出所述電信號(hào)并將其發(fā)送到在第一端處被電耦合到所述傳輸線路的節(jié)點(diǎn)；以及終接電阻器(812，814，914，916)，所述終接電阻器(812，814，914，916)在第二端處被電耦合到所述傳輸線路，并被配置為防止所述電信號(hào)沿著所述傳輸線路朝著所述節(jié)點(diǎn)被反射回去。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接收器，還包括第一驅(qū)動(dòng)器(801，802，901，902)，所述第一驅(qū)動(dòng)器(801，802，901，902)被設(shè)置在所述傳輸線路的第一端與所述節(jié)點(diǎn)之間，并被配置為對(duì)由所述傳輸線路攜載的電信號(hào)進(jìn)行放大；以及第二驅(qū)動(dòng)器(803，903)，所述第二驅(qū)動(dòng)器(803，903)被設(shè)置在所述短截線與所述光電檢測(cè)器之間，并被配置為對(duì)由所述光電檢測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接收器，其中，所述光電檢測(cè)器還包括以下元件之一光電二極管；光電晶體管；以及用于將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的任何其他裝置。
全文摘要
本發(fā)明的各種實(shí)施例針對(duì)被配置有用于光學(xué)信號(hào)的扇入和扇出的共享光學(xué)接口的廣播總線。在一個(gè)方面中，光學(xué)廣播總線(100，200，300)包括多個(gè)光學(xué)接口(121-123，210，212，216，218，301-303)、光學(xué)耦合到所述多個(gè)光學(xué)接口的扇入總線(102，202)以及光學(xué)耦合到所述多個(gè)光學(xué)接口的扇出總線(104，204)。每個(gè)光學(xué)接口被配置為將由所述至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號(hào)，所述光學(xué)信號(hào)被扇入總線接收并引導(dǎo)到扇出總線，并被扇出總線廣播到所述多個(gè)光學(xué)接口。每個(gè)光學(xué)接口還將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成被發(fā)送到電耦合的至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)以供處理的電信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/14GK102204124SQ200880131795
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者J.斯特拉茨尼基, M.R.T.譚, P.K.羅森伯格 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司