具有共享光學(xué)接口的光學(xué)廣播總線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的各種實(shí)施例針對被配置有用于光學(xué)信號的扇入和扇出的共享光學(xué)接口的廣播總線。在一個方面中，光學(xué)廣播總線（100，200，300）包括多個光學(xué)接口（121-123，210，212，216，218，301-303）、光學(xué)耦合到所述多個光學(xué)接口的扇入總線（102，202）以及光學(xué)耦合到所述多個光學(xué)接口的扇出總線（104，204）。每個光學(xué)接口被配置為將由所述至少一個節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號，所述光學(xué)信號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光學(xué)接口。每個光學(xué)接口還將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成被發(fā)送到電耦合的至少一個節(jié)點(diǎn)以供處理的電信號。
【專利說明】具有共享光學(xué)接口的光學(xué)廣播總線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及計算機(jī)總線，以及尤其涉及光學(xué)廣播總線。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的電子廣播總線包括互連節(jié)點(diǎn)的信號線集合。節(jié)點(diǎn)可以是處理器、存儲器控制器、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、等待時間以及功耗的問題的限制。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更長的互連的需要，而這增大等待時間。帶寬和等待時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較大且消耗相對大量的功率，并且在一些情況下擴(kuò)展對于性能是有害的。
[0003]因此，期望表現(xiàn)出低等待時間和高帶寬的可擴(kuò)展廣播總線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的各個實(shí)施例針對配置有用于光學(xué)信號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:多個光學(xué)接口，光學(xué)耦合到所述多個光學(xué)接口的扇入總線，以及光學(xué)耦合到所述多個光學(xué)接口的扇出總線。每個光學(xué)接口被配置為將由至少一個節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號，該光學(xué)信號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光學(xué)接口。每個光學(xué)接口還將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號被發(fā)送到電耦合的至少一個節(jié)點(diǎn)以供處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]圖4示出六節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的示例，其中，每個節(jié)點(diǎn)配置有接收器和發(fā)射器。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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)施方式】
[0015]本發(fā)明的各個實(shí)施例針對配置有用于光學(xué)信號的扇入和扇出的共享光學(xué)接口的光學(xué)廣播總線。每個光學(xué)接口被電耦合到多個節(jié)點(diǎn)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)被允許廣播信息時，該節(jié)點(diǎn)將該信息編碼在電信號中，并將該電信號發(fā)送到電耦合的光學(xué)接口。該光學(xué)接口接收電信號并將該電信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號，該光學(xué)信號被分發(fā)到所有的光學(xué)接口。每個光學(xué)接口將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將該電信號發(fā)送到電耦合的節(jié)點(diǎn)。電信號可以以相對高和低的電壓或電流幅值來編碼信息，其中，離散時間域中的相對高的幅值可以表示比特“O”，而離散時間域中的相對低的幅值或無幅值可以表示比特“ I ”。同樣地，光學(xué)信號可以以相對高和低的電磁輻射幅值來編碼信息，其中，離散時間域中的相對高的幅值可以表示比特“O”，而離散時間中的相對低的幅值或無幅值可以表示比特“ I ”。
[0016]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以及兩個光學(xué)分接頭118-119。如圖1中所示，總線100還包括三個光學(xué)接口 121 - 123。每個光學(xué)接口被設(shè)置在兩個節(jié)點(diǎn)之間，并包括用Tx標(biāo)識的發(fā)射器以及用Rx標(biāo)識的接收器。六個節(jié)點(diǎn)被標(biāo)記為0到5。這些節(jié)點(diǎn)可以是處理器、存儲器、存儲器控制器、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、存儲或發(fā)射裝置的任意組合。每個光學(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)之間的電信號的路徑。例如，光學(xué)接口 121被設(shè)置在節(jié)點(diǎn)0與I之間，并包括發(fā)射器Tx 124和接收器Rx 126。發(fā)射器Tx將由節(jié)點(diǎn)0和I產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號，該光學(xué)信號經(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 126將由主機(jī)控制裝置106廣播的光學(xué)信號經(jīng)由扇出總線104轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號可以由節(jié)點(diǎn)0和I進(jìn)行處理。
[0017]如圖1的示例中所示，實(shí)線方向箭頭表示光學(xué)信號沿著扇入總線102和扇出總線104的光通信路徑傳播的方向。術(shù)語“光通信路徑”是指光學(xué)互連以及通過自由空間傳輸?shù)墓狻Ｉ热肟偩€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)。每個通道可以利用光學(xué)纖維、脊波導(dǎo)或自由空間來實(shí)現(xiàn)。每個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I的內(nèi)芯材料。該管材可以由適當(dāng)?shù)慕饘?、玻璃或塑料?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)信號可以沿著具有大約為I的有效指數(shù)的中空波導(dǎo)的芯行進(jìn)。換句話說，光以空氣或真空中的光速沿著中空波導(dǎo)的芯傳播。
[0018]主機(jī)控制裝置106是光-電-光轉(zhuǎn)換器,其接收從反射鏡108反射出來的光學(xué)信號，再生光學(xué)信號，并通過將光學(xué)信號傳送到反射鏡114來廣播光學(xué)信號。主機(jī)控制裝置106克服了由光學(xué)信號行進(jìn)通過扇入總線102所導(dǎo)致的衰減或損耗。除了增強(qiáng)光學(xué)信號之夕卜，主機(jī)控制裝置106也可以用于去除光學(xué)信號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，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。[0019]主機(jī)控制裝置106也可以包括仲裁器，該仲裁器通過采用仲裁方案來解決沖突，該仲裁方案防止兩個或更多節(jié)點(diǎn)同時使用扇入總線102。在很多情況下，由主機(jī)控制裝置106執(zhí)行的仲裁依賴于計算機(jī)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵路徑。在沒有仲裁的情況下，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的節(jié)點(diǎn)接收光學(xué)信號，其中，光學(xué)信號在主機(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的同時的光學(xué)信號傳輸。
[0020]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分復(fù)用(“TDM”)來執(zhí)行。在去除了主機(jī)控制裝置106的情況下，光學(xué)信號被從反射鏡108直接路由到扇出總線104的反射鏡114。在TDM仲裁中，通過數(shù)輪仲裁來執(zhí)行仲裁。每輪仲裁被細(xì)分成多個廣播時間段。在每輪仲裁內(nèi)，向每個節(jié)點(diǎn)分配所述多個廣播時間段之一，在該廣播時間段中該節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行廣播。例如，一輪用于6個節(jié)點(diǎn)的TDM仲裁可以具有6個廣播時間段。每個節(jié)點(diǎn)可以僅僅在六個時間段中的一個內(nèi)進(jìn)行廣播。
[0021]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)信號可以采用分組的形式，該分組包括頭部。每個頭部將特定節(jié)點(diǎn)標(biāo)識作為光學(xué)信號攜載的數(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。但是，因?yàn)槊總€分組的頭部將特定節(jié)點(diǎn)標(biāo)識作為數(shù)據(jù)的目的地，因此僅僅被該頭部標(biāo)識的節(jié)點(diǎn)實(shí)際上接收并處理編碼在光學(xué)信號中的信息。[0022]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，對于包括η個光學(xué)接口的系統(tǒng)來說，光學(xué)分接頭被配置為每個將從主機(jī)控制裝置輸出的光學(xué)信號的總光功率的大約1/η轉(zhuǎn)移到每個光學(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光學(xué)接口接收到近似等量的光功率。換句話說，在扇入總線內(nèi)配置光學(xué)分接頭以使得主機(jī)控制接收從每個光學(xué)接口輸出的總光功率的大約1/η。
[0023]光學(xué)廣播總線實(shí)施例不限于包括6個節(jié)點(diǎn)的計算系統(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)配置的計算系統(tǒng)提供廣播。通常，包括η個光學(xué)接口的廣播系統(tǒng)包括扇入總線中的η-1個光學(xué)分接頭以及扇出總線中的η-1個光學(xué)分接頭。光學(xué)分接頭在圖1中被標(biāo)識為OTm，其中，下標(biāo)m是滿足條件KmSn-1的整數(shù)。光學(xué)分接頭118和119被配置為使得從反射鏡114反射出來的光學(xué)信號的光功率的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光學(xué)接口輸出的總光功率的1/3從反射鏡108反射出來。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)信號功率一部分:
ηI
I?—.剛丨丨丨丨丨切丨丨................................卿s I \


(rt-1w + lj
并且根據(jù)下式透射光學(xué)信號功率的一部分:
_ (n-m)

w —-1w + 1)
因此，通常，光學(xué)分接頭OTm從主機(jī)控制裝置106或從發(fā)射器接收具有光功率P的光學(xué)信號，并輸出具有光功率PRm的反射部分以及具有光功率PTm的透射部分，其中，
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)信號發(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； 短截線(516，622，624)，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的一部分； 光源(510,612, 708),其電稱合到所述短截線并被配置為將電信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號；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沿著所述傳輸線路朝著所述節(jié)點(diǎn)被反射回去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，還包括: 第一驅(qū)動器(502, 504,602,604),所述第一驅(qū)動器(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，并被配置為對由所述節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大；以及 第二驅(qū)動器(508，610，706)，所述第二驅(qū)動器(508，610，706)被設(shè)置在所述短截線與所述光源之間，并被配置為對被短截線提取出的電信號進(jìn)行放大。
3.一種光學(xué)信號接收器，包括: 光電檢測器(808，908)，其被配置為接收光學(xué)信號并將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號； 短截線(810，910，912)，其被配置為接收來自所述光電檢測器的電信號； 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沿著所述傳輸線路朝著所述節(jié)點(diǎn)被反射回去。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接收器，還包括: 第一驅(qū)動器(801，802，901，902)，所述第一驅(qū)動器(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，并被配置為對由所述傳輸線路攜載的電信號進(jìn)行放大；以及 第二驅(qū)動器(803，903)，所述第二驅(qū)動器(803，903)被設(shè)置在所述短截線與所述光電檢測器之間，并被配置為對由所述光電檢測器產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接收器，其中，所述光電檢測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)信號轉(zhuǎn)換成電信號的任何其他裝置。
【文檔編號】H04B10/278GK103763033SQ201310422439
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2008年10月31日
【發(fā)明者】M.R.T.譚, J.斯特拉茨尼基, P.K.羅森伯格 申請人:惠普開發(fā)有限公司