提供計算機系統部件之間的通信的光學互連繫統的製作方法

2023-12-02 17:40:26 1

專利名稱：提供計算機系統部件之間的通信的光學互連繫統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種提供計算機系統部件之間的通信的光學互連。例如，所述 光學互連提供存儲器控制器與存儲器設備之間的光學通信。
背景技術：
電通信架構努力平衡如下對立在解決更低功耗、更小波形因數、以及更低電磁發 射的同時提高所要求的電子系統的性能。所期望的是在降低計算機系統中的功耗的同時解 決可縮放性的更佳的解決方案。存儲器系統是其中期望這樣的更佳解決方案的典型計算機 系統的例子。一些當前的計算機存儲器系統使用寬並行總線來與大容量存儲器通信。隨著存儲 器密度和存儲器總線速度的增加，總線寬度和速度也必須增加。該並行總線架構已經達到 其不再能夠隨著當前和未來多核微處理器的需求而縮放的點。在使用雙列直插式存儲器模塊(DIMM)技術(其中每個DIMM中的一系列動態隨機 存取存儲器(DRAM)集成電路安裝在印刷電路板(PCB)上)的大容量存儲器的典型例子中， 將高速並行總線縮放到更寬寬度和速度的電問題限制了每通道的最大DIMM數量。例如，可 以運行在高達400-800MHz的有效時鐘頻率的DDR3通道僅能支持單個DIMM。一種可替代的技術(即全緩衝DMM(FBDIMM))通過用每個FBDMM模塊內的存 儲器控制器與中間存儲器緩衝器之間的窄串行點對點鏈路代替寬並行總線來解決該縮放 性問題。稱為先進存儲器緩衝器(AMB)的該中間存儲器緩衝器與存儲器控制器通信，並 且還複製數據並將數據轉發給下一個FBDI匪中的相鄰AMB。AMB還負責將串行化的數據 轉換成與DRAM通信所需的並行數據。串行接口被分成兩個單向總線一個總線是南向 (southbound)的，用於命令、地址以及寫入數據；並且一個總線是北向(northbound)的，用 於讀取數據。然而，菊花鏈方式或點對點配置是有問題的，因為跳躍(hop)引入等待時間。 複製和轉發南向和北向信號二者的需要增加了等待時間，從而最終導致瓶頸。AMB還由於需 要在AMB之間發送高速電信號以及對來自DIMM的數據進行串行化和反串行化而消耗大量 功率。多播或廣播架構將是更加令人期望的。這些例子所示出的是隨著電系統中的通信速度的增加，信號完整性問題已經將 電通信存儲器互連限制為點對點互連。所期望的是一種提供高速互連的低功率系統，所述 系統維持信號完整性並且還可以支持多個接收機(扇出)連接到一個或多個驅動器的較低 等待時間拓撲、或者多個驅動器(扇入)連接到一個或多個接收機的系統。這樣的品質在 其它類型的計算機系統中也是期望的。

發明內容
本發明提供用於計算機系統部件之間的通信的光學互連繫統的一個或多個實施 例。在一個實施例中，光學互連繫統包括光學數據通信路徑和多個光學抽頭，每個光學抽頭 將相應的計算機系統部件光學耦合到光學數據通信路徑。每個光學抽頭根據反射率與透射率之間的相應功率比關係把從光學數據通信路徑或者其相應計算機部件接收的信號的功 率分成具有第一功率的光學信號和具有第二功率的光學信號。光學抽頭的所述比關係一起 提供預先確定的通信可靠性，所述通信可靠性由經過計算機系統部件之間的光學互連繫統 的信號的度量確定。在一個例子中，每個抽頭根據其功率比關係從接收自光學數據通信路徑的廣播信 號中移除大致相同的功率，以產生具有第一功率的光學信號，所述具有第一功率的光學信 號被發送給其相關聯的計算機。每個抽頭讓廣播信號的剩餘部分作為具有第二功率的光學 信號在光學數據通信路徑上穿過，其中第二功率由該抽頭的功率比關係來確定。每個抽頭 處的比關係使得目的地計算機系統部件的光學接收機接收信號中的相同量的功率而與該 信號是由發送機部件的哪個光源生成的無關。除了或替代那些所提到的或從上面的描述變得顯而易見的方面，本發明的某些實 施例還具有其它方面。通過在參考附圖的情況下閱讀下面的詳細描述，這些方面對於本領 域的技術人員而言將變得顯而易見。


圖IA是根據本發明實施例的用於在計算機系統部件之間提供光學通信的光學互 連繫統的框圖視圖；圖IB是具有通過根據本發明實施例的光學互連繫統通信地相耦合的部件的說明 性計算機系統的框圖視圖；圖2是圖1的系統的一部分的等距視圖；圖3是該系統沿著圖2的線3-3的截面圖；圖4是第一存儲器設備之一和第一光學抽頭的更詳細的截面圖；圖5是圖3中所示的光學互連繫統的示例性功率分配的說明性視圖；圖6是本發明實施例中的用於使用光學互連繫統在計算機系統部件之間通信的 方法的流程圖；圖7A是與運送進入和外出光學信號的光路相交的單個光學抽頭的例子的視圖， 其中該例子示出了對外出光學信號的分割，所述實施例可以被用在本發明的一個或多個實 施例中；以及圖7B是與運送進入和外出光學信號的光路相交的單個光學抽頭的例子的視圖， 其中該例子示出了對進入光學信號的分割，所述實施例可以被用在本發明的一個或多個實 施例中。
具體實施例方式下面的實施例被足夠詳細地描述，以使得本領域的技術人員能夠做出和使用本發 明。應當理解，基於本公開，其它的實施例將是顯而易見的，並且在不偏離本發明的範圍的 情況下可以做出系統、過程、或者機械改變。在下面的描述中，給出大量的特定細節以提供對本發明的透徹理解。然而顯而易 見的是，可以在沒有這些特定細節的情況下實施本發明。示出了該系統的實施例的繪圖是 半圖解性的而不是根據比例繪製的，並且具體來說，一些尺寸是為了清楚的呈現並且在附
5圖中被大大誇張地示出。另外，在公開和描述共有某些特徵的多個實施例的情況下，為了清楚和容易地圖 解說明、描述、以及理解所述實施例，彼此相似和相同的特徵通常將用相同的參考標記來描 述。所述實施例為了描述方便而被編號為第一實施例、第二實施例等等，並且並不旨在對於 本發明具有任何其它重要性或者提供對本發明的限制。圖1是根據本發明實施例的用於在計算機系統部件之間提供光學通信的光學互 連繫統100的框圖視圖。光學互連繫統100包括一個或多個光學數據通信路徑112以及多 個光學抽頭Iie1至116N，其中每個光學抽頭用於將相應的計算機系統部件光學耦合到光學 數據通信路徑。如所示的那樣，可以對由部件從光學抽頭接收的信號執行光電轉換，並且可 以對來自計算機部件的信號執行電光轉換以由抽頭光學耦合到數據路徑上。在本說明書 中，光學數據通信路徑常常被稱為光學互連。光學通信路徑可以以各種方式來實施。可以 使用的光學波導的例子包括聚合物、玻璃、或者包括空心金屬波導的光導管。相對於使用聚合物或介電材料形成的傳統光學波導而言的重大改善是使用被配 置為引導相干光的大芯徑空心波導。大芯徑空心波導可以具有如下直徑(或者寬度和/ 或高度)大約為所述波導被配置為引導的相干光的波長的50至150倍或者更多倍。大 芯徑空心波導可以具有被配置為引導光學信號的方形、矩形、圓形、橢圓形、或者其它某種 形狀的截面形狀。此外，由於所述波導是空心的，因此光基本上以光在空氣或真空中的速 度傳播。(參見發明人為Michael Renne Ty Tan以及Shih-Yuan Wang的於2007年8月 1日提交的名稱為「System And Methodfor Routing Optical Signals」的美國專利申請 No. 11/832559以獲得更多信息，並且該申請11/832,559通過引用併入本申請)。可以結合實施所述光學互連的空心金屬波導將薄膜分束器用作光學抽頭。薄膜分 束器的薄度使射束走離(walk-off)最小化，使得入射射束在其穿過薄膜分束器時保持基 本上處於軸上(on-axis)，從而提供射束穿過隨後的空心金屬波導的空心部分的良好引導。 在厚的板式分束器(plate beam splitter)中，射束在沿材料厚度入射時被從其路徑轉移 開，使得更多的穿過信號碰上金屬壁而不是空心部分，並且由於金屬塗層的有限反射率而 遭受高損耗。每個抽頭根據其功率比關係從接收自光學數據通信路徑的廣播信號中轉移大致 相同量的功率。所轉移的光學信號被發送給其相關聯的計算機部件，並且每個抽頭讓廣播 或多播信號的具有由該抽頭的相應功率比關係確定的功率的剩餘部分在光學數據通信路 徑上穿過。每個抽頭處的比關係也可以使得目的地計算機系統部件的光學接收機接收信號 中的相同量的功率而與該信號是由耦合到互連112的哪個其它計算機系統部件發送的無 關。例如，由目的地光學接收機接收的功率與通過光學數據通信路徑發送它的光源的光程無關。在被設計為保持功耗的系統中，光學抽頭優選地為無源光學分束器。現在參考圖1B，其中示出具有通過根據本發明實施例的光學互連繫統通信地相 耦合的部件、存儲器系統或子系統的說明性計算機系統101的框圖視圖。計算機系統101 包括存儲器控制器102，所述存儲器控制器102連接到第一存儲器設備106的第一存儲體 (bank) 104和第二存儲器設備110的第二存儲體108。存儲器控制器102可以被包括在具有其它功能的集成電路(比如處理器)中，或者可以與其它集成電路(未示出)對接，或者 是它們的組合。存儲器控制器102還可以執行電光(E/0)轉換和光電(0/E)轉換。出於說明的目的，計算機系統101被示出為具有存儲器控制器102和第一存儲器 設備106，不過能夠理解，計算機系統101可以具有不同功能的其它設備、比如其它處理單 元或接口設備。同樣出於說明的目的，存儲器控制器102、第一存儲器設備106、或其組合可 以包括晶片內光學互連。作為不同的例子，第一存儲器設備106可以彼此不同，並且並不是 所有第一存儲器設備106都必須執行基本上相同類型的功能或者都可以以基本上相同的 技術來實施。第一存儲體104包括第一光學互連112、比如光學波導，以用於從存儲器控制器 102到第一存儲器設備106和通過第一存儲器設備106回到存儲器控制器102的通信。出 於說明目的，計算機系統101被示出為具有第一光學互連112，所述第一光學互連112將存 儲器控制器102與第一存儲器設備106相連接。在該實施例中，用在相反方向上提供通信 路徑的單向光學互連(例如，進入和外出、南向和北向等等)形成第一光學互連112。在一 個例子中，可以為每個方向使用不同的光學波導。存儲器控制器102或第一存儲器設備106 之一通過如下方式與第一存儲器設備106中的同其物理上不相鄰的另一個第一存儲器設 備通信處於中間的第一存儲器設備106讓所接收的信息沿第一光學互連112中的相應光 流通過。作為不同的例子，第一光學互連112還可以通過單個雙向光路提供存儲器控制器 102與第一存儲器設備106之間的雙向通信。在一個例子中，這可以通過使用不同波長來進 行，其中至少一個波長被用於廣播並且至少另一波長被用於接收。在計算機系統101中，光學互連繫統100中的每個光學抽頭116的反射率與透射 率之間的比關係被設置為使得存儲器控制器102和第一存儲器設備106可以實現預先確定 的通信可靠性並且使功耗最小化。在計算機系統的例子中，小於10_12的誤碼率(BER)足以 作為預先確定的通信可靠性的可接受的度量。光學接收機靈敏度可以用於確定給定誤碼率 所需的最小平均光學功率。已經證實了光學接收機靈敏度在lOGb/s下大約為-17dBm(20 微瓦)，而對於BER < 10_15而言-15dBm(32微瓦)則更為典型。經過第一光學互連112的光速或近光速傳輸給可靠地執行上述故障感測造成挑 戰。例如，可能需要存儲器控制器102考慮第一光學互連112的物理長度、光的速度、以及區 分在第一光學互連112的同一通道上從第一存儲器設備106的每個返回的數據所需的精確 度來辨別第一存儲器設備106之間的增量(delta)飛行時間的大致150-160皮秒的增量。 然而，這些增量通常小於每個驅動器的輸出不確定度(輸出時鐘(clockto out))、或者在 一些情況下為每個驅動器的輸出不確定度的一半。為了減輕上述的輸出不確定度與增量之間的差異，可以在第一光學互連112的每 個通道上使用訓練模式，其中對於每次傳送而言發送機是已知的，這允許對所接收的數據 的定時進行調整。然後，所述定時可以在存儲器控制器102內使用定時調整技術而被調整。 利用所建立的定時關係，可以在第一光學互連112上發起正常的數據傳送。定時調整可以 將第一光學互連112的最大工作頻率增加到超過第一存儲器設備106的正常工作頻率，從 而潛在地允許對第一存儲器設備106超頻(over-clocking)。每個光學抽頭116的反射率與透射率之間的比關係被確定為使得對每個存儲器設備106的功率分配以及存儲器控制器102接收預先確定的功率。該預先確定的功率可以 是基本上相同量的功率，從而保證預先確定的通信可靠性。通常，使用目標系統的射線追蹤 建模來確定光學抽頭比，以滿足該系統的通信可靠性度量並且使功耗最小化。除了所述比 之外，雷射功率、光學接收機靈敏度、源與接收機之間的光程、光路的損耗特性是射線追蹤 建模中要計及的其它考慮因素的例子。在一個例子中，調整各個考慮因素的迭代算法被用 於對光學互連繫統100進行建模直到達到所期望的通信可靠性度量為止。然後，將在目標 計算機系統(例如101)的製造和/或裝配期間針對光學抽頭設置所述比。在一些情況中， 可以在系統的操作期間進行影響計算機系統中的特定元件間的功率利用或分配的光學元 件的某種調整。例如，第一存儲器設備106之一的插入或移除可以引起光學互連計算機系 統101調整第一存儲器設備106與存儲器控制器102之間的通信，以建立預先確定的通信 可靠性與功耗之間的平衡。出於說明目的，計算機系統101被示出為具有第一光學互連112，不過能夠理解， 計算機系統101可以具有其它互連、比如光學互連和電互連。同樣出於說明目的，計算機系 統101被示出為具有存儲器控制器102和第一存儲器設備106，不過能夠理解，計算機系統 101可以具有可能連接或未連接到第一光學互連112的其它部件(未示出)或部分(未示 出)。類似地，第二存儲體108包括第二光學互連114、比如光學波導，以用於從存儲器 控制器102到第二存儲器設備110和通過第二存儲器設備110回到存儲器控制器102的通 信。光學抽頭118將存儲器設備110光學耦合到第二光學互連114。針對第一存儲體104和 第一光學互連112描述的功能、屬性、以及特徵適用於第二存儲體108和第二光學互連114。 同樣出於說明目的，第二存儲體108描繪了與第一存儲體104中的第一存儲器設備106相 同數目的第二存儲器設備110，不過能夠理解，第一存儲體104和第二存儲體108可以具有 任意數目的存儲器設備並且可以數目不同。計算機系統101可以以多種方式使用第一存儲體104和第二存儲體108。例如，第 一存儲體104和第二存儲體108可以提供累積的存儲器容量，提供帶式(striped)存儲器 以用於增加的性能，或者提供冗餘和故障切換的存儲器以用於容錯的存儲器架構。第一存儲器設備106和第二存儲器設備110與用於對去往和來自其相應光學抽頭 116、118的信號執行光電(0/E)轉換和電光轉換的設備相連接或包括用於對去往和來自其 相應光學抽頭116、118的信號執行光電(0/E)轉換和電光轉換的設備，其中所述光學抽頭 116、118將光學信號以預先確定的光學功率分別耦合到第一光學互連112和第二光學互連 114。現在參考圖2，其中示出光學互連的計算機系統101的一部分的等距視圖。所述等 距視圖描繪了安裝在載體202(比如印刷電路板)之上的存儲器控制器102。存儲器控制器 102通過第一光學互連112與第一存儲體104的第一存儲器設備106相連接。出於說明目 的，所述等距視圖描繪了第一存儲體104，不過能夠理解，所述等距視圖可以描繪第二存儲 體 108。如圖1中所提到的那樣，第一光學互連112提供從存儲器控制器102到第一存儲 器設備106和通過第一存儲器設備106回到存儲器控制器102的通信。第一光學互連112 利用進入光學互連204 (比如北向光學互連)和外出光學互連206 (比如南向光學互連)提供通信。「進入」和「外出」術語是相對於存儲器控制器102而言的。進入光學互連204將 諸如命令、數據、或者狀態的信息運送到存儲器控制器102中。外出光學互連206從存儲器 控制器102中運送諸如命令、數據、或者狀態的信息。 出於說明目的，光學互連的計算機系統101被描述為具有利用進入光學互連204 和外出光學互連206提供通信的第一光學互連112，不過能夠理解，第一光學互連112可以 在不將進入光學互連204和外出光學互連206專用於每個方向上的通信的情況下提供通例如，第一光學互連112可以使用用於「進入」和「外出」光學通信二者的同一光 學波導路徑在第一存儲器設備106與存儲器控制器102之間提供通信。這利用預先確定的 光學波長來實現，其中所述預先確定的波長之中的一個或多個被用於「進入」通信，並且所 述預先確定的波長之中的另外的一個或多個被用於「外出」通信。作為例子，存儲器控制器102包括電互連(未示出)，使得存儲器控制器102執行 光電(0/E)和電光(E/0)轉換。存儲器控制器102包括控制器光電探測器208、比如光電 二極體，其優選地通過某一微光學器件與進入光學互連204相連接；以及控制器光源210、 比如雷射器，其優選地通過某一微光學器件連接到外出光學互連206。出於說明目的，存儲 器控制器102被描述為在其與第一光學互連112的接口處執行0/E和E/0轉換，不過能夠 理解，存儲器控制器102可以在不執行0/E和E/0轉換的情況下提供與第一光學互連112 的光學連接。第一存儲器設備106是插入卡，其連接到載體202以建立與進入光學互連204和 外出光學互連206的連接。第一存儲器設備106之中的每個都包括存儲器設備212，其中存儲器設備212耦 合到存儲器光電探測器214 (比如光電二極體)、以及存儲器光源216 (比如雷射二極體)。 存儲器光電探測器214和存儲器光源216由虛線示出，這表示在該例子中，存儲器光電探測 器214和存儲器光源216未被包括在第一存儲器設備106中，而是連接到第一存儲器設備 106。在其它實施方式例子中，它們可以被包括在存儲器設備中。存儲器光電探測器214與外出光學互連206相連接。存儲器光源216與進入光學 互連204相連接。出於說明目的，第一存儲器設備106被描述為執行進出存儲器設備212 的0/E和E/0轉換，不過能夠理解，第一存儲器設備106可以不執行這樣的轉換。例如，存 儲器設備212可以提供光學接口以與第一光學互連112相連接。在一個例子中，第一存儲器設備106通過存儲器設備212與存儲器光電探測器214 之間以及存儲器設備212與存儲器光源216之間的電接口而附接。在這種情況下，存儲器 光電探測器214和存儲器光源216可以連同第一光學互連112 —起被安裝到載體202上。存儲器設備212可以包括多種存儲器技術。例如，存儲器設備212可以包括易失性 隨機存取存儲器(RAM)、比如動態隨機存取存儲器(DRAM)或靜態隨機存取存儲器(SRAM)。 作為另一例子，存儲器設備212可以包括非易失性存儲器、比如非易失性隨機存取存儲器 (NVRAM)或只讀存儲器(ROM)。存儲器控制器102通過外出光學互連206將諸如命令、數據或者狀態的信息廣播 或多播給第一存儲器設備106。外出光學互連206將廣播的信息運送到第一存儲器設備106 以及通過第一存儲器設備106將廣播的信息運送給連接在外出光學互連206的末端處的最
9後一個存儲器設備106。第一存儲器設備106之中的每個都可以通過進入光學互連204經 過進行傳輸的第一存儲器設備106與存儲器控制器102之間的第一存儲器設備106傳輸信 肩、ο作為為了實現預先確定的通信可靠性以及使功耗最小化而進行的調整的另一例 子，可以調整第一存儲器設備106的穿過(pass-through)特徵，這將在後面予以更詳細的 描述。在另一例子中，可以通過將功率分配給第一存儲器設備106並且針對與所述第一存 儲器設備106的外出光學互連206的光學特性來實施或調整存儲器光源216。在又一例子 中，優選地針對到存儲器控制器102的通信來實施或調整存儲器光源216。在另一例子中， 可以針對每個第一存儲器設備106內的短程電通信來實施或調整存儲器設備212，從而進 一步減小光學互連的存儲器系統101的功耗。現在參考圖3，其中示出光學互連的存儲器系統101沿著圖2的線3-3的截面圖。 該截面圖描繪了安裝在載體202之上的存儲器控制器102。第一存儲器設備106之中的每 個都被插入到連接器302中。連接器302被安裝在載體202之上。外出光學互連206通過第一光學抽頭304、第二光學抽頭306、第三光學抽頭308、 以及第四光學抽頭310將存儲器控制器102與第一存儲器設備106相連接，其中所述光學 抽頭之一處於連接器302之下。在該實施例中，第一光學抽頭304是外出光學互連206從 存儲器控制器102首先經過的光學抽頭，並且第四光學抽頭310是最後一個。光學抽頭鏈被調整或者可以被調整為使得由第一光學抽頭304至第四光學抽頭 310將來自存儲器控制器102的光能分配給第一存儲器設備106，這將在後面予以更詳細的 描述。出於說明目的，所述光學抽頭之一被描述為處於連接器302之下，然而能夠理解，所 述光學抽頭可以被包括在連接器302中。系統100的光學抽頭的數目部分取決於接收機靈 敏度和來自存儲器控制器102的輸入光學功率。例如，可以在輸入功率為ImW和接收機靈 敏度為_13dBm的情況下實現8個光學抽頭。圖2的存儲器光電探測器214和存儲器光源216優選地連同其微光學器件與連接 器302包括在一起。作為例子，圖2的存儲器光電探測器214和存儲器光源216可以被安 裝在載體202之上而不是連接器302上。光學互連的計算機系統101可以被實施為載體202被安裝在另一載體(未示 出)、比如印刷電路板之上。圖2的具有第一存儲器設備106、存儲器控制器102、光學抽頭 116、以及第一光學互連112的載體202可以被提供為子系統、子卡(daughter card)、或者 夾層卡(mezzaninecard)並且通過預先確定的比如電接口或光學接口的接口(未示出)與 計算機系統的其餘部分(例如處理器和總線)對接。現在參考圖4，其中示出第一存儲器設備106之一和第一光學抽頭304的更詳細的 截面圖400。更詳細的截面圖400描繪了來自圖2的存儲器控制器102的第一輸入光402 的路徑中的第一光學抽頭304。成角度404 (比如45°角)的第一光學抽頭304分割第一輸入光402 (被表示為變 量Ptl)。具有反射率R1和透射率T1的第一光學抽頭304將第一輸入光402的一部分反射到 被插在連接器302中的第一存儲器設備106之一。被反射的部分是第一反射光406 (被表 示為變量P, = P0^R1)。第一輸入光402的穿過第一光學抽頭304的部分被透射到圖3的第 二光學抽頭306並通過 3的第四光學抽頭310。能夠理解，光學抽頭的數目可以由接收機靈敏度和第一輸入光402的功率或&來限制。透射的部分是第一透射光408 (被表示為變量Pt = PfTi)。第一光學抽頭304提 供遵循如下關係的光學特性= 損耗。所述「損耗」可以包括來自第一光學抽頭 304以及來自外出光學互連206中的光路的光學損耗。理想地，所述損耗應當被保持得盡可 能小使得隊+1\ 1。通過設置或調整PQ、Pr, Pt、或其組合來調整或可以調整光學互連繫統100。例如， 如果具有第一光學抽頭304的連接器302未被插裝元件(populate)，則第一光學抽頭304 可以被調整為使P,份額最小化或為零。這將允許存儲器控制器102減小第一輸入光402的 能量，由此減小圖3的計算機存儲器系統101的功耗。另外，從第一光學抽頭304至第四光學抽頭310的光學抽頭可以單獨地和集體地 被設計或調整為使得在給每個第一存儲器設備106提供相同量的接收功率從而導致預先 確定的通信可靠性或BER的同時最小化或減小光學存儲器系統101的功耗。這可以通過 如下方式來實現利用圖2的第一光學互連112以及利用光學抽頭之間的光學特性的分級 (graded)或比關係(將在圖5中予以更多的描述)來設計光學抽頭的光學特性。而且，最小功耗由0/E電子器件(比如存儲器光電探測器214)的靈敏度來確定。 例如，對於來自第一輸入光402的給定光學功率以及存儲器光電探測器214中的給定接收 機靈敏度而言，可以確定或計算光學扇出的數目。當連接器302未被插裝元件時，可以通過 不激活或者不給0/E電子器件(比如存儲器光電探測器214)供電來進一步減小光學互連 的計算機系統101的功耗。第一光學抽頭304以及其它的光學抽頭可以以多種方式來調整。例如，光學互連 的存儲器系統100可以被配置為使在第一光學抽頭304的位置處的連接器302去掉插裝元 件(cbpopulate)。在這種情況下，第一光學抽頭304也可以被去掉插裝元件。在另一例子 中，第一光學抽頭304的角度404可以被調整為減小反射功率P,或使反射功率P,為零。這 還可以包括將角度404調整為使得第一光學抽頭304不處於第一輸入光402的路徑中。在又一例子中，可以通過將第一存儲器設備106之一機械插入到連接器302中來 影響第一光學抽頭304以及其它光學抽頭的角度404。所述插入將調整第一光學抽頭304 的角度404以便處於第一輸入光402的路徑中。未插裝元件的連接器302提供角度404以 將第一光學抽頭304從第一輸入光402的路徑中移除或者使P,最小化。對第一光學抽頭 304的角度404的調整向存儲器控制器102通知具有第一光學抽頭304的位置是否被插裝 元件。該通知可以允許存儲器控制器102調整第一輸入光402的能量。角度404可以以多種方式來調整。例如，連接器302可以包括調整設備410、比如 鎖臂，所述調整設備410可以用於將第一存儲器設備106之一連接和保持在連接器302中。 調整設備410的位置或設置可以設置第一光學抽頭304的角度404並且向存儲器控制器 102提供合適通知。調整設備410優選地不處於光路中。在經過修改的例子中，調整設備 410可以不改變角度404，而是改為從光路中移除(比如滑出)第一光學抽頭304。到存儲器控制器102的通知的例子可以包括處於插入位置的調整設備410向存 儲器控制器102的輸入設置參考電壓(比如地)。處於未插裝位置的調整設備410可以設置 與處於插入位置的調整設備不同的參考電壓，或者讓存儲器控制器102的參考輸入浮置。調整設備410可以以其它方式來實施。例如，調整設備410可以包括微機電系統(MEMS)或者反射率電控的光學抽頭。作為例子，調整設備410還可以包括可以與軟體或固 件協作的機械結構、電結構、或其組合。圖3的第一光學抽頭304以及第二光學抽頭306、第三光學抽頭308、和第四光學 抽頭310可以以多種方式來實施。例如，可以利用具有合適光學塗層的薄膜分束器來實施 第一光學抽頭304以及其它光學抽頭，以便獲得預定量的反射率、透射率、以及已知的光學 損耗。優選地，所使用的分束器光學塗層應當是非偏振的，以便最小化反射率/透射率之間 與光的輸入偏振有關的任何差異。薄膜分束器最小化或消除重影(ghosting)或射束走離 問題。作為另一例子，可以利用具有各種尺寸和幾何配置(比如三角形、或稜形)的光學散 射體或分光器來實施第一光學抽頭304以及其它光學抽頭。作為另一例子，可以利用反射 和透射所期望的光的亞波長金屬結構來實施第一光學抽頭304。反射和透射的量可以近似 地通過金屬化區域與未金屬化區域的「填充因數」來估計。第一輸入光402的反射部分被傳輸到存儲器光電探測器214。存儲器光電探測器 214將光學反射光轉換成用於存儲器設備212的電信號。如前面所述的那樣，第一光學互連112可以使用用於「進入」和「外出」光學通信 二者的同一光學波導路徑來提供通信。這利用預先確定的光學波長來實現，其中所述預先 確定的波長之中的一個或多個被用於「進入」通信，並且所述預先確定的波長之中的另外的 一個或多個被用於「外出」通信。在第一存儲器設備106內，比如二向色濾光器的波長選擇 元件(未示出)可以分離和識別通信方向。光學抽頭處于波長選擇元件之前。現在參考圖5，其中示出如圖3中所實現的光學互連繫統100的示例性功率分配的 說明性視圖。該說明性視圖描繪了針對第一光學抽頭304至第四光學抽頭310的比率關係 的示例性功率分配。所述功率值可能由於多種原因而不同。例如，所述功率值可能由於光 學扇出的數目、數據速率、光路距離、光學抽頭的光學特性、或其組合而不同。該例子中的功 率值是經過捨入的，因此所述功率值是近似值。附加地，當宣稱抽頭移除與另一抽頭相同量 的功率、例如100微瓦(yW)時，能夠理解，可以存在處於由鏈路預算確定的可接受的公差 等級之內的與100 ( u W)的微小變化。該說明性視圖描繪了 圖3的存儲器控制器102將1毫瓦(mW)的光能作為第一輸 入光402輸出到外出光學互連206之一中併到達第一光學抽頭304。第一光學抽頭304分割 第一輸入光402，從而根據它的0. 1反射率比0.9透射率的比值功率分割關係將100 (yW) 反射到第一反射光406中並且將900 iiW透射到第一透射光408中。第一透射光408表示 來自存儲器控制器102的以100 yW的功率損耗穿過的廣播信號。繼續該例子，第二光學抽頭306輸入來自第一光學抽頭304的第一透射光408中 的900iiW。第二光學抽頭306分割第一透射光408，從而根據它的0. 111反射率比0.889 透射率的比值功率分割關係將100微瓦(yW)反射到第二反射光502中並且將800 yW透 射到第二透射光504中。第二透射光504表示來自存儲器控制器102的以200 y W的功率 損耗穿過的廣播信號。第三光學抽頭308輸入來自第二光學抽頭306的第二透射光504中的800 y W。第 三光學抽頭308分割第二透射光504，從而根據它的0. 125反射率比0. 875透射率的比值功 率分割關係將100 u W反射到第三反射光506中並且將700 u W透射到第三透射光508中。 第三透射光508表示來自存儲器控制器102的以300 yW的功率損耗穿過的廣播信號。
第四光學抽頭310輸入來自第三光學抽頭308的第三透射光508中的700 iiW。第 四光學抽頭310分割第三透射光508，從而根據它的0. 143反射率比0. 857透射率的比值功 率分割關係將100 iiW反射到第四反射光510中並且將600 iiW透射到第四透射光512中。 第四透射光510表示來自存儲器控制器102的以400y W的功率損耗穿過的廣播信號。在 該例子中，100 yW被說明性地用作維持可靠的通信鏈路所需的最小功率。在該例子中，對於 廣播或多播信號，信號傳播方向上的光學抽頭的比關係從第一光學抽頭到最後的光學抽頭 在反射率方面增加並且在透射率方面減小。來自第四光學抽頭310的第四透射光512中的600 iiW意味著更多的光學抽頭和 更多的存儲器設備可以被包括在外出光學互連206的路徑中。另一方面，來自第四光學抽 頭310的第四透射光512中的600 u W允許減小第一輸入光402的能量，使得穿過第四光學 抽頭310的第四透射光512為零或幾乎為零，其中第四反射光510近似地處於100 u W。在實現最小功耗並且滿足通信可靠性度量的例子中，光學互連繫統100可以被調 整為使得在從第一光學抽頭304至第四光學抽頭310的每個光學抽頭處的反射部分和透射 部分在將足夠的功率透射到光學抽頭鏈的其餘部分的同時提供每個反射部分處所需的能 量。例如，如果第四光學抽頭310是外出光學互連206中的最後的光學抽頭，則光學互 連繫統100被調整或設計為使得第四透射光512近似為零。另外，對於該例子而言，圖2的 控制器光源210可以被調整為輸出比所示的lmW更低的功率，以進一步減小功耗。對於返迴路徑圖示而言，圖3的第一存儲器設備106之一通過進入光學互連204 之一將諸如命令、數據、或者狀態的信息傳輸給存儲器控制器102。第一存儲器設備106之 中的每個都被配置為在傳輸時將lmW的光能傳輸給其相應的光學抽頭。在該例子中，返回 路徑描繪了為傳輸存儲器設備106生成的信號所經過的每個光學抽頭的反射和透射信號。 第四光學抽頭310從其相應存儲器設備106接收運送從電形式轉換而來的數據的lmW光信 號513。根據該光學抽頭310的0. 143/0. 857的反射率/透射率比以及光源信號的入射方 向，所接收的lmW光源信號被分割，從而產生接收反射率功率部分(0. 143或143PW)的光 學信號532，根據所述分割所述光學信號532被轉移或反射到進入光學互連204之一，並且 接收透射率功率部分(0. 857或857PW)的信號515被丟棄。相反地，替代丟棄該功率，該功 率也可以被用於將返回數據廣播給另一光學互連總線。在光學抽頭308處，在光學互連上 接收的143 u W的反射信號根據其功率比關係分割該信號，使得143 y W的0. 875、或125 u ff 的透射信號518在光學互連路徑204上穿過，而143 y W的0. 125、或17. 9 y W的反射信號 516被導引到不同的路徑並且在該情況下被丟棄。類似地，光學抽頭306在光學互連上接收 來自抽頭308的具有功率125y W的透射信號518，並且根據其功率比關係0. 111/0. 889分 割信號518，使得具有125 y W的0. 889、或111 y W的透射信號524在光學互連路徑204上 穿過，而具有125PW的0. 111、或13.9 yW的反射信號522被導引到不同的路徑並且在該情 況下被丟棄。再者，光學抽頭304通過光學互連接收來自光學抽頭306的111 y W的透射信 號524，並且根據其比關係0. 1/0. 9分割該信號，使得111 y W的0. 9、或100 y W的透射信號 530在光學互連上穿過而到達存儲器控制器102的光學接收機，而111 y W的0. 1、或11 y W 的另一反射信號528被導引到不同的路徑並且被丟棄。在返迴路徑中，光學抽頭對於從所 述設備之一生成的到特定目標設備(比如存儲器控制器設備)的信號提供反射率降低且透射率增加的比率關係。在該例子中，如果第三光學抽頭308已經耦合到在返迴路徑上將信號發送給存儲 器控制器102 (例如讀取數據被發送)的部件，則第三光學抽頭308從其發送機部件的光源 接收lmW的光信號。對於該輸入光路而言，反射光信號將是125 u W並且將在返回光路上被 發送，而875 y W的透射信號將被丟棄。光學抽頭306和304將以與其在上面的例子中處理 125 u W的透射光信號518相同的方式處理反射的125 y W信號。在該例子中，如果第二光學抽頭306已經耦合到在返迴路徑上將信號發送給存儲 器控制器102 (例如讀取數據被發送)的部件，則第二光學抽頭306從其發送機部件的光源 接收lmW的光信號。對於該輸入光路而言，反射光信號將是111 P W並且將在返回光路上被 發送，而889 y W的透射信號將被丟棄。光學抽頭304將以與其在上面的例子中處理111 P W 的透射光信號524相同的方式處理反射的111 P W信號。在該例子中，如果第一光學抽頭304已經耦合到在返迴路徑上將信號發送給存儲 器控制器102 (例如讀取數據被發送)的部件，則第一光學抽頭304從其發送機部件的光源 接收lmW的光信號。對於該輸入光路而言，反射光信號將是100 u W並且將在返回光路上被 發送給存儲器控制器102，而900 y W的透射信號將被丟棄。如所示的那樣，每個光學抽頭的反射率和透射率的值在無論是用於廣播第一輸入 光402還是用於回到存儲器控制器102的返迴路徑的情況下都是等同的。圖3的第一光學互連112被描述為光學抽頭具有從第一光學抽頭304到第四光 學抽頭310反射率增加且透射率降低的比率關係，從而從每個光學抽頭輸出預先確定的反 射輸出。在該例子中，來自每個光學抽頭的反射輸出在外出方向上都基本上相同並且與進 入方向上的最後的輸出相同。現在參考圖6，其中示出根據本發明實施例的用於光學互連的計算機系統部件之 間的通信的方法600的流程圖。該方法可以與上面所討論的系統實施例之中的一個或多個 一起使用。方法600包括第一抽頭(例如310)根據第一抽頭的功率比關係從接收自光學 數據通信路徑的信號中移除與第二抽頭(例如308)相同量的功率602，所述信號在該路徑 上沿一個方向傳播。可替代地，所述抽頭可以移除相同的最小量的功率，但是可以存在進一 步的變化，其中一些設備接收更多的總功率。第一抽頭讓廣播信號的剩餘部分作為具有第 二功率的光學信號在光學數據通信路徑上穿過，其中第二功率也由第一抽頭的功率比關係 來確定604。如圖3的例子中所示，功率比關係不同。隨著信號無源地穿過光路上的抽頭， 所述信號損耗越來越多的功率，因此在每個抽頭處接收的功率不同。因此，為了獲得每個部 件的光學接收機或光電探測器的最小功率需求，每個抽頭處的功率比從其接收自發送機廣 播或多播設備的信號中抽取不同百分比的功率。該方法進一步包括第一抽頭根據第一抽 頭的相同比關係從接收自光學數據通信路徑的沿相反方向傳播的穿過信號中移除與第二 抽頭不同量的功率606。每個抽頭處的比關係使得目的地計算機系統部件的光學接收機接 收信號中的相同量的功率而與該信號是由發送機計算機系統部件的哪個光源生成的無關。圖7A是與運送進入和外出光學信號的光路相交的單個光學抽頭的例子的視圖， 其中該例子示出了對外出光學信號的分割，所述實施例可以被用在本發明的一個或多個實 施例中。光學分束器702以某個角度被插入到光學互連704中。這可以利用光導管(諸如 例如空心金屬波導)來實施。這些光導管是空心導管，其中在所述導管的內部具有以低損
14耗導引光的金屬塗層，並且所述光學抽頭可以通過切割出槽而被插入到所述光導管中。該 例子中的光學互連704運送外出光學信號706。例如，這樣的布置適於與光學互連的存儲器 系統一起使用。在該圖中，光學分束器以大約45度的角度被插入。分束器702可以是薄膜 分束器，並且光學互連704可以被實施為空心金屬波導。在外出路徑中，反射光710被發送 給光學耦合的存儲器設備(參見圖2和圖3)的光學接收機，並且具有與透射率值成比例的 功率的光穿過以被下一光學抽頭接收。圖7B是與運送進入和外出光學信號的光路相交的單個光學抽頭的例子的視圖， 其中該例子示出了對進入光學信號的分割，所述實施例可以被用在本發明的一個或多個實 施例中。在返迴路徑中，輸入光709(例如來自圖5B中所討論的存儲器設備的光源)被分 割成具有與透射率值成比例的功率的光712和具有與反射率值成比例的功率的光714，光 714穿過到達返迴路徑上的下一光學抽頭。光712通過在襯底716中被吸收而被丟棄。類 似地，在光學互連上所接收的進入光學信號711被光學抽頭702分割，使得具有與透射率值 成比例的功率的光(例如714)穿過並且具有與反射率值成比例的功率的光(例如712)被 丟棄。通過這種方式，相同的光學抽頭被用在返迴路徑上。在圖3的例子中，使用該配置，相 同的光學抽頭被用於進入和外出方向，從而分別與北向和南向的波導相交或者分別與進入 和外出波導相交。離存儲器控制器102最近的第一存儲器設備106使用第一光學抽頭304 來分接北向和南向路徑的光。本發明的另一方面提供具有光學抽頭的光學互連，所述光學抽頭具有在廣播或多 播信號的傳播方向上從第一光學抽頭到最後的光學抽頭的反射率增加且透射率降低的分 級或比率關係，從而從每個光學抽頭輸出預先確定的反射輸出。在該例子中，來自每個光學 抽頭的反射輸出在外出方向上基本上相同並且與進入方向上的最後的輸出相同。附加地， 光學抽頭在返迴路徑中對於從所述設備之一生成的到特定目標設備(比如存儲器控制器 設備)的信號提供反射率降低且透射率增加的比率關係。該比率關係考慮到(allow for) 來自第一輸入光的給定光學功率以及給定的接收機靈敏度。可以確定或計算光學扇出的數 目，從而保證預先確定的通信可靠性。可替代地，可以針對預先確定的光學功率減小來自第 一輸入光的光學功率，以使功耗最小化。本發明的實施例尤其可以用於解決存儲器系統中的問題。例如，在使用並行存儲 器總線的具有一系列DRAM的大容量存儲器DIMM技術的上面所討論的典型例子中，光學互 連的高速增強了可縮放性，從而克服了電縮放問題，使得數據可以以快得多的速度被傳送， 並且在電系統上可以顯著增加DIMM的最大數目。在使用利用窄串行點對點鏈路代替寬並 行總線的FBDMM技術的例子中，存儲器控制器仍然可以電子地串行化被調製到將被發送 給存儲器設備(例如106)的光學信號上的數據，並且可以仲裁哪個設備獲得對返迴路徑的 控制；然而，光學互連繫統提供可以通過其廣播或多播信號的光學總線。因此，該例子中的 每個中間存儲器緩衝器都可以對預期送往或發送自其相關聯的DRAM的數據執行串並轉換 以及並串轉換，但是存儲器緩衝器不需要為相鄰緩衝器複製和轉發數據。相鄰存儲器設備 也接收廣播信號。因此，避免了具有其伴隨的等待時間的跳躍。儘管已經結合特定實施例描述了本發明，但是應當理解，根據前面的描述，許多替 代方案、修改、以及變型對於本領域的技術人員而言將是顯而易見的。因此，旨在涵蓋所有 這樣的落入所附權利要求書的範圍內的替代方案、修改、以及變型。至此在本文所闡述或者在附圖中所示的所有內容都應以說明性且非限制性的意義被解釋。
權利要求
一種用於計算機系統部件(106)之間的通信的光學互連繫統(100)，包括光學數據通信路徑(112)；多個光學抽頭(116)，每個光學抽頭(116)將相應的計算機系統部件(106)光學耦合到該光學數據通信路徑(112)；以及每個光學抽頭(116)根據反射率與透射率之間的相應功率比關係把所接收的信號的功率分割成具有第一功率的光學信號(532)和具有第二功率的光學信號(532)，其中所述光學抽頭(116)的比關係一起提供經過計算機系統部件(106)之間的光學互連繫統(100)的信號的預先確定的通信可靠性度量。
2.根據權利要求1所述的光學互連繫統(100)，其中存在至少兩個與不同部件(106) 相關聯的光學抽頭(116)，所述光學抽頭根據反射率與透射率之間的不同功率比關係分割 功率。
3.根據權利要求1所述的光學互連繫統(100)，其中所述預先確定的通信可靠性度量 是最小誤碼率。
4.根據權利要求1所述的光學互連繫統(100)，其中使用一個或多個空心金屬波導 (112)來實施光學數據通信路徑(112)。
5.根據權利要求1所述的光學互連繫統(100)，其中光學數據通信路徑(112)包括相 對於通過光學數據路徑(112)通信的計算機部件(106)中的至少一個所定義的進入光路 (204)和外出光路(206)。
6.根據權利要求1所述的光學互連繫統(100)，其中每個抽頭(116)根據其功率比關 系從接收自光學數據通信路徑(112)的廣播信號中移除大致相同量的功率，以產生具有第 一功率的光學信號，所述具有第一功率的光學信號被發送給其相關聯的計算機部件；以及每個抽頭讓廣播信號的剩餘部分作為具有第二功率的光學信號在光學數據通信路徑 (112)上穿過，其中第二功率由所述抽頭的功率比關係來確定。
7.根據權利要求1所述的光學互連繫統(100)，其中每個光學抽頭(116)都是無源光 學抽頭(116)。
8.—種在用於計算機系統部件(106)之間的通信的光學互連繫統(100)中使用的在光 學互連的計算機系統部件(106)之間通信的方法，所述系統(100)包括光學數據通信路徑 (112)以及多個光學抽頭(116)，每個光學抽頭(116)將相應的計算機系統部件(106)光學 耦合到該光學數據通信路徑(112)，該方法包括第一抽頭根據第一抽頭(304)的功率比關係從接收自該光學數據通信路徑(112)的沿 一個方向傳播的信號中移除與第二抽頭(306)相同量的功率，以產生具有第一功率的光學 信號，其中所述具有第一功率的光學信號被發送給其相關聯的計算機部件(106)，並且所述 第一抽頭(304)的功率比關係與第二抽頭(306)的比關係不同；所述第一抽頭(304)讓廣播信號的剩餘部分作為具有第二功率的光學信號在該光學 數據通信路徑(112)上穿過，其中第二功率由第一抽頭(304)的功率比關係來確定；以及所述第一抽頭(304)根據第一抽頭(304)的相同比關係從接收自光學數據通信路徑 (112)的沿相反方向傳播的穿過信號中移除不同量的功率，其中每個抽頭(116)處的比關 系使得目的地計算機系統部件(106)的光學接收機接收信號中的相同量的功率而與所述 信號是由發送機計算機系統部件(106)的哪個光源(210)生成的無關。
9.根據權利要求8所述的方法(100)，其中所述比關係基於光學抽頭(116)間的預先 定義的功率分配。
10.根據權利要求8所述的方法(100)，其中接收自光學數據通信路徑(112)並且沿該一個方向傳播的信號是廣播或多播信號。
全文摘要
描述了一種用於計算機系統部件(106)之間的通信的光學互連繫統(100)。該系統包括光學數據通信路徑(112)和多個光學抽頭(116)，每個光學抽頭(116)都將相應的計算機系統部件(106)光學耦合到光學數據通信路徑(112)。每個光學抽頭(116)從接收自數據通信路徑(112)或接收自從其相關聯的計算機部件(102)生成數據信號的光源(210)的光學信號中分割功率，從而產生另一光學信號。每個光學抽頭(116)都根據反射率與透射率之間的相應功率比關係分割光。光學抽頭(116)的比關係一起提供經過計算機系統部件(106)之間的光學互連繫統(112)的信號的預先確定的通信可靠性度量。
文檔編號G02B6/36GK101952756SQ200880120896
公開日2011年1月19日 申請日期2008年10月15日 優先權日2007年10月16日
發明者M·R·T·譚, N·P·焦皮, S·王, T·莫裡斯 申請人:惠普開發有限公司