CN104041068A - 光学架构、光学分布矩阵以及用于制造光学结构的方法 - Google Patents

光学架构、光学分布矩阵以及用于制造光学结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于光学架构的方法和装置。光学架构包括第一转接卡和第二转接卡以及由该第一转接卡和该第二转接卡分别携带的第一组件和第二组件。该光学架构还包括：第一矩阵，用于将多位光输入信号扇出为第一出站信号和第二出站信号；以及第一光缆和第二光缆，用于将该第一出站信号和该第二出站信号分别携带到该第一转接卡和该第二转接卡。

Description

光学架构、光学分布矩阵以及用于制造光学结构的方法
技术领域
本公开大体上涉及光通信，更具体地涉及光学架构、光学分布矩阵以及用于制造光学结构的方法。
背景技术
随着计算机***制造企业继续增加计算机***性能，同时限制在能量消耗或成本上的增加，计算机***制造企业已转向光子学以及光通信路径的建立，以在***组件之间传输数据。光纤技术已在诸如电信的各种行业中实施。计算机***制造企业现在正在开发该技术，以应用于光计算领域。
附图说明
图1A是根据本公开教义的用于提供计算机***组件之间的光通信的示例性光学架构的框图。
图1B是利用通过图1A的光学架构通信地联接的组件的示例性分布***的框图。
图2图示了具有电气连接的已知存储器转接卡。
图3图示了根据本公开的教义构造的示例性存储器转接卡。
图4A是图1B的示例性分配***的示例性实施的等距视图。
图4B图示了用于将数据添加到图4A的示例中DIMM的示例性消息。
图5A图示了图1B和图4A所示的示例性分布结构的光学分布矩阵的示例性实施。
图5B是图5A所示的示例性光学分布矩阵的示例性切片的前视图。
图5C是示出VCSEL阵列或光电探测器阵列的连接的图5A所示的示例性光学分布矩阵的底视图。
图5D是示出图4A所示的光缆的连接的图5A所示的示例性光学分布矩阵的端视图。
图6A图示了通过图5A的示例性分布矩阵的示例性多位光输入信号的示例性路径。
图6B图示了经过图5B的示例性位片的图6A的示例性输入信号的单个位的示例性路径。
图6C图示了经过图5A的分布矩阵的示例性多位入站光信号的示例性路径。
图6D图示了经过图5B的示例性位片的图6C的示例性入站信号的单个位的示例性路径。
图7是经过图5B所示的示例性位片的示例性输入信号的位的示例性光功率分配的图示。
图8是图示制造图5A的示例性光学分布矩阵的示例性方法的流程图。
为了清楚起见，在图中层的厚度被放大。只要有可能，在整个图中将使用相同的附图标记并且随附的书面描述指相同或相似的部件。
具体实施方式
通信架构的开发者努力平衡对提高性能的需求与对低功耗、更小的形状系数和更低的电磁发射的需求。在计算机***中减少功耗的同时获得更好的扩展性是同样有利的。然而，针对这些问题的已知技术方案由于增加的管脚数量、增大的模片区和/或因增加的功耗而增加了许多计算机***的成本。
提供具有用于维持信号完整性的高速互连、比已知***消耗相对少的电力并且支持低延迟拓扑的***将是有利的。同样地，提供具有连接至一个或多个驱动器的多个接收器的***是有利的。
许多已知光互连***是使用中空金属波导实施的，该中空金属波导固定于具有大的形状系数的光电路板，大的形状系数不利于与目前标准计算机组件的轻松集成。结果，尽管相对于电互连，光互连可以在不表现这种电***的一些问题的情况下跨越大得多的距离，但是光电路板的坚硬性质仍使得在光互连相对于其连接至的组件的场所和位置存在限制。就这一点而论，许多已知光电路板是为每个新***定制的，其用于连接而不是可配置于不同的***。
图1A是用于提供计算机***组件之间的光通信的示例性光学架构100的框图。在图示的示例中，光学架构100包括一个或多个光数据通信路径或互连102和多个光抽头104。每个光抽头104将相应计算机***组件光学地联接至相应光数据通信路径102。在图1A的示例中，针对由组件从互连102接收的信号执行光电转换(O/E)，并且针对来自计算机组件的信号执行电光(E/O)转换，该计算机组件通过对应的抽头104被光学地联接在数据通信路径102上。光数据通信路径在本专利中可交换地被称为光互连。
大芯径中空波导与使用聚合物或电介质材料形成的传统光波导相比表现出实质性的改进。示例性大芯径中空波导的直径(或宽度和/或高度)可以是波导被配置为导引的相干光的波长的大约50倍到150倍或更多倍。这种示例性大芯径中空波导可具有正方形、矩形、圆形、椭圆形或能够导引光信号的任意其它形状的横截面形状。此外，由于这种示例性波导是中空的，因此光以近似光在空气或真空中的速度传播。
图示示例的每个光抽头104被实施为分接入射光信号的功率的一部分。在一些示例中，用具有适当光涂层的薄膜分束器实施光抽头104，以便产生期望量的反射率、透射率和/或已知光损耗。在一些这种示例中，薄膜分束器采用非偏振涂层，以便减少(如，最小化)信号的反射部分和透射部分之间的、随光的输入偏振变化的偏差。此外，薄膜分束器的薄度使得减少(如，最小化或甚至消除)重影或光束走离，使得入射光束保持基本上同轴。在一些示例中，用光散射器或光分路器实施光抽头104。分路器可具有任意期望的尺寸和/或几何结构(如，三角形或菱形)。在一些示例中，用反射和传输期望的光的亚波长金属结构实施光抽头104。反射率和透射率的值可通过金属化区域至非金属化区域的“填充因子”近似估计。在一些示例中，用Y型分路器、熔融拉锥分路器和/或任意其它适合的分束器实施光抽头104。
在图示示例中，每个抽头104从接收自存储控制器106的输入信号114转移大约相同量的功率。为了每个抽头104转移近似相同量的功率，图示示例的每个抽头104的反射率和透射率的功率比根据沿着通信路径102的抽头104的相对位置不同于沿着对应的通信路径112的其它抽头104。例如，沿着数据通信路径102传播的光信号的一部分通过对应的抽头104被传递给其关联的计算机组件。光信号的剩余部分经过对应的抽头104在光数据通信路径102上继续(如，至下一个抽头)。通过抽头104的相应功率比确定被反射的信号部分的功率和经过每个抽头104的信号部分的功率。
在一些示例中，抽头104的功率比使得目标计算机***组件的光接收器与抽头104的数量无关接收具有基本上相同量的功率的信号，每个信号沿着互连102经过。换句话说，由目标计算机***组件的任意给定光接收器接收的信号的功率与由任意其它给定计算机***组件接收的由***的其它抽头馈送的信号的功率基本上相同。
图1B是通过图1A的示例性光互连***通信地联接的示例性存储器分布***101的框图。示例性存储器***101包括通过光分布结构110与多个存储设备108通信的存储控制器106。图示示例的分布结构110具有两个分布矩阵112，一个用于入站信号，另一个用于出站信号，分布矩阵112包含图1A所示的光抽头104。在图示示例中，光分布结构110接收来自存储控制器106的输入信号114，并且通过在分布矩阵112之一内的抽头104将输入信号114扇出成被导向每个存储设备108的多个出站信号116。
在一些示例中，出站信号116是包括报头的数据包形式。每个报头将特定存储设备108识别为由出站信号116携带的数据的目的地。因此，虽然图示示例中的所有存储设备108接收相同的信号(即，每个出站信号116与每个其它出站信号116基本上相同)，由于每个数据包的报头将特定存储设备108识别为数据的目的地，因此实际上只有由报头识别的存储设备108处理(如，存储)在光信号116中编码的信息。接收具有不同存储设备108的报头的信号的存储设备108仅仅是丢弃信号。在其它示例中，仲裁可用于确定哪个存储设备108处理广播信号116。
在图示示例中，为了从存储结构读出数据，每个存储设备108通过分布结构108将入站信号118返回传输至存储控制器106。结果，在图示示例中分布结构110的第二分布矩阵112接收多个入站信号118并且通过光抽头104将入站信号118扇入，以提供传输至存储控制器的单个输出信号120。虽然在图示示例中与多个存储设备108的相应的一个对应的多个入站信号118中的每个被扇入至分布结构108的单个输出信号120，但是入站信号118不是必须在同时传输。
在一些示例中，存储控制器106被包括在集成电路，该集成电路诸如具有其它功能和/或至其它集成电路的接口的处理器。图示示例的存储控制器106与执行电光(E/O)转换和/或光电(O/E)转换的装置通信或包括该装置，以发送和/或接收分布结构110的输入信号114和输出信号120。例如，E/O驱动器可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL)和/或O/E驱动器可以是光电二极管。当数据由存储设备108输出时，存储控制器106首先发送寻址信号，调用本地存储设备108来输出其数据。如果没有这种寻址方法，则存储控制器106会在相同的光通信路径上从多于一个的存储设备接收光信号，并且这种光信号会在存储控制器106构造上和/或破坏地结合来传递不正确地数据。存储控制器106的寻址逻辑确保在可使用互连102的入站路径之前存储设备108被授权来传输入站信号118，以便防止光信号同时传输至存储控制器106。在其它示例中，寻址方案被时分复用(“TDM”)所取代。在这种TDM方法中，以回合方式实现信号传输。每个回合与信号传输期间相对应。每个存储设备108被分配一个信号传输期间来传输入站信号118。每个存储设备108可仅在其分配期间传输入站信号118。以这种方式，存储控制器106可在任意给定时刻辨别通过分布结构110接收的每个输出信号120的源。在数据被冗余地存储在所有存储设备108中的***中，不需要TDM或上述寻址方案，因为信号将会被同时输出来结构上结合以创建输出信号120。
为了说明的目的，图1的示例性分布***101示出有存储控制器106和多个存储设备108。然而，***101可与不同功能的其它装置使用，诸如其它处理单元或接口装置。作为不同的示例，多个存储设备108可以彼此不同，存储设备108可执行不同类型的功能，和/或存储设备可用不同的技术实施。
示例性***101包括用于存储控制器106和多个存储设备108之间的通信的光互连102和分布矩阵112。在图示示例中，分布矩阵112包含图1A的光抽头104来通过光互连102的不同分支扇入和/或扇出信号。在图示示例中，光互连102形成有在相反方向上提供通信路径的单向光互连(如，进入和外出，入站和出站，等等)。在其它示例中，光互连102通过单个双向光路径102提供存储控制器106和存储设备114之间的双向通信。在一些示例中，这可通过使用不同波长(即，波分复用)来做，至少一个波长用于广播出站信号，并且至少另一个(不同的)波长用于接收入站信号。在其它示例中，这可通过时分复用来做，其中出站信号和入站信号基于计划表轮流传输各信号。在这种示例中，可仅使用一个分布矩阵形成分布结构108。
在图示示例***101中设置光互连***100中光抽头104的反射率和透射率的功率比，使得存储控制器106和多个存储设备108用期望功率的光信号通信以获得期望的通信可靠性，同时减少(如，最小化)功耗。在一些示例中，小于10-12的误码率(BER)足够作为通信可靠性的可接受的矩阵。用于接收经过互连102的光信号的光电探测器的光接收器灵敏度可用于确定给定BER所需的最小平均光功率。已说明了在10Gb/s下大约-17dBm(20微瓦)的光接收器灵敏度，而对于小于10-15的BER，-15dBm(32微瓦)是更典型的。
在光互连102之上的光速或近光速的传输对可靠地执行上面描述的错误检测提出了挑战。例如，考虑到光互连102的物理长度、光的速度以及被要求来区别从多个存储设备108中的每个返回的数据的准确度，存储控制器106可被要求来辨别在多个存储设备108之间针对飞逝的增量时间的近似150-160皮秒的增量。然而，这些增量典型地小于每个驱动器的输出不确定度(输出时刻)或在一些情况下是每个驱动器的输出不确定度(输出时刻)的一半。
为了减小上面描述的增量和输出不确定度之间的偏差，可在对于每次传送已知发送器的光互连102的每个分支之上使用训练图案，这允许调整所接收的数据的时序。然后，时序可使用时序调整技术在存储控制器106内调整。随着建立时序关系，可在光互连102之上初始化标准数据传送。在一些示例中，时序调整可增加光互连102的操作频率(如，最大操作频率)超过多个存储设备108的正常操作频率，可能允许超频多个存储设备108。
在一些示例中，在组件之间通信的信号的期望功率与信号的源位置无关地基本上相同，确保期望的通信可靠性。典型地，使用目标***的射线跟踪模型确定功率比，以满足***的通信可靠性矩阵并且减少(如，最小化)功耗。除所述比率以外，光发射机功率、光接收器灵敏度、源和接收器之间的光距离、以及光路径的损耗特性是在射线跟踪模型中要考虑的其它示例。在一些示例中，调整各个考虑的迭代算法被用于建模光互连***100直至获得期望的通信可靠性矩阵。然后，对制造期间的光抽头和/或目标***(如，***101)的组合件设置比率。
为了说明目的，所示的示例***101具有光互连102，尽管如此，应理解计算机***101可具有其它互连，包括光互连和/或电互连。此外，如下面详细描述的，每个分支可每次传输信息的单个位或传输多位信号。因此，本文中使用的术语“信号”可指多位信号或多位信号的个别位。同样为了说明目的，所示的计算机***101具有存储控制器106和多个存储设备108。然而，***101可具有可连接或不连接至光互连102的其它组件(未示出)或部件(未示出)。
图示示例的***101可以以很多方式采用多个存储设备108。例如，多个存储设备108可提供累计存储器容量，为增加的性能提供条带存储器，或为容错存储架构提供冗余故障转移存储器。
在图示示例中，多个存储设备108与用于执行光电(O/E)转换(反之亦然)的装置连接或包括该装置，用于使信号以期望的光功率传输至其相应的光互连102的分支并从其相应的光互连的分支接收。
示例性***101采用转接卡来固定多个存储设备108，以集成***101与其它标准计算机***组件。图2图示了具有标准存储器转接卡202的已知存储架构200，该标准存储器转接卡202固定多个双列直插内存模块(DIMM)204。图示示例的转接卡202被***在电路板208的电转接连接器206。转接卡202包括单独的电DIMM连接器210以连接DIMM204中的对应的一个与转接卡202。因此，当实施已知存储架构200时，来自连接至电路板208的存储器的电信号经过公共转接连接器206并且通过个别的DIMM连接器210扇出至每个DIMM204。类似地，来自每个DIMM204的电信号经过对应的DIMM连接器210并且然后经过转接连接器206。因此，出入每个DIMM204的每个信号经过两个电接线(即转接连接器206和DIMM连接器210)，由此产生固有带宽约束。通过加入本文中描述的光互连***，可缓解或减少这些担心。
图3是根据本公开的教义构造的示例性存储器转接卡302。示例性转接卡302在个别的DIMM连接器210中固定多个DIMM204。如图2所示的已知转接卡202，图示示例的存储器转接卡302被***在电路板305上的电转接连接器304。然而，图示示例中的转接连接器304用于提供电力和低速控制信号，而不是向每个DIMM204和从每个DIMM204传输所有信号。示例性转接卡302通过光缆306(如，携带用于输入的电缆和/或用于输出的电缆)与计算机***中的其它组件通信，该光缆306通过存储器扇出缓冲器308与转接卡302连接。在一些示例中，存储器扇出缓冲器308为每个输入和输出带状光纤306提供可拆卸的光连接以促进计算机***中组件的连接和断开。
在图示示例中，存储器扇出缓冲器308与转换器310相关联，该转换器310具有光电(O/E)转换能力以将来自带状光纤306的输入光纤的光信号转换成要被传输至DIMM204的电信号。更具体地，在图示示例中光信号以高速串行格式传输，并且缓冲器308通过转换器310将光信号转换成要被电扇出至DIMM204的低速并行电信号。此外，当在两个DIMM信道中的每一个上传输输入信号来驱动两个DIMM204时，图示示例的示例性存储器扇出缓冲器308具有扇出驱动能力以增加带宽并减少延迟。在图示示例中，与存储器扇出缓冲器308相关联的转换器310也具有电光(E/O)转换能力以将来自DIMM204的电信号转换成要通过带状光纤306的输出光纤被传输至存储控制器的光信号，如下面更全面地描述的。
在一些示例中，每个存储器扇出缓冲器308包括解码器312和/或与解码器312通信。在图示示例中，解码器312确定通过光缆306接收的信号是否打算为在对应的转接卡302上的DIMM204中的一个所用，或确定该信号是否打算为DIMM204或在分离的转接卡302上的其它组件所用。此外，如果所接收的信号打算为DIMM204中的一个所用，则解码器312确定哪个DIMM204和在所识别的DIMM204上的特定存储单元，如将在下面更详细地解释。
图4A是图1B的示例性分布***101的等距视图。在图4A的示例中，采用了上面结合图3描述的八个存储器转接卡302。如图示，图4A的分布***101由单个光学分布结构110支持，该单个光学分布结构110通过电路板404连接至存储控制器(如，图1B的存储控制器106)。在图示示例中，八个转接卡302中的每个携带四个DIMM204，在分布***101中总共有三十二个DIMM。尽管本文中公开的示例性描述了具有八个存储器转接卡302的分布***101，但是这仅仅是以示例形式提供的，可代替采用具有任意适合的数量的DIMM204的任意适合的数量的转接卡302。
在图示示例中，分布结构110路由DIMM204和存储控制器106之间的通信。在一些示例中，分布结构110接收来自存储控制器106的输入信号(如，输入信号114),并且将来自信号的功率分接成(如，分成)在出站方向上被传输至存储器转接卡302的八个分接信号。八个出站信号通过光缆306被传输至与对应的转接卡302相关联的存储器扇出缓冲器308中的对应的一个。如分布结构110将信号扇出至存储器扇出缓冲器308，解码器312用来辨别在各扇出缓冲器308所接收的信号是否要被电传输至与对应的存储器转接卡302相关联的DIMM204，或辨别信号是否被忽略为打算为与不同的转接卡302相关联的DIMM204所用。此外，解码器312确定转接卡302所在的哪个DIMM204用于接收和/或响应于从存储控制器106接收的信号。图示示例的缓冲器308可实施任意适当的方法来在从存储控制器106接收的信号之间辨别。例如，被传输至每个缓冲器308的信号可包含多个位，其中一些位是地址位。在其它示例中，互连102携带通过信号的报头部分所辨别的地址、命令和/或数据位的位流，其中命令位表示例如数据是否被存储或返回。
如上所述，在一些示例中，每个光纤带306包括大量光纤来携带多位光信号。为了清楚起见，本文中公开的示例描述12位信号。然而，示例性分布结构110可适合于在组件之间传输信号中的任意适合的数量的位。在一些示例中，从将存储控制器106连接至分布结构110的单个1×12垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列(参见图5C)产生初始12位光输入信号。然而，可实施任意其它适合的光发射机(如，分布反馈(DFB)激光器、量子阱激光器、多量子阱激光器、双异质结型激光器、发光二极管(LED)，等等)来产生在互连102上传输的光信号。
图示示例的分布结构110还具有扇入能力。在一些示例中，分布结构110扇入来自八个转接卡302中的每个的、要由单个1×12光电探测器(参见图5C)接收的12位信号，该单个1×12光电探测器在分布结构110和存储控制器106之间提供电光转换。在图示示例中的光电探测器可以是p-n或者p-i-n结光电二极管，或n-p-n或者p-n-p光电晶体管。
图示示例的光学分布结构110由两个光学分布矩阵(如，图1B的示例性分布矩阵112)构成。第一分布矩阵112用于出站信号(如，处理器至存储器)并且第二分布矩阵112用于入站信号(如，存储器至处理器)。在图示示例中，第一入站矩阵112和第二出站矩阵112在结构上相同，而主要在光信号经过每个矩阵的方向方面不同。因此，本文中使用的术语“分布矩阵”应用于出站矩阵和入站矩阵两者。
图4B图示了用于将数据添加到图4A的示例中DIMM的示例性消息410。如上所述，在一些示例中被传输至每个转接卡302的信号可包含多个位，其中一些位是地址位。在一些这种示例中高地址位识别预期的接受转接卡302(如，转接卡地址位412)，而低地址位识别在所识别的转接卡302上的特定DIMM204(如，DIMM地址位414)以及在所识别的DIMM204内的特定存储单元(如，存储地址位416)。进一步，在一些这种示例中，消息410的剩余的位包括要被存储在所识别的存储单元中的有效负载位418。
图5A是图1B的任一个光学分布矩阵112的示例性实施。图示示例的光学分布矩阵112由十二个位片502和层压在一起的盖片(cap slice)504(用虚线示出)构成。尽管示出了十二个位片502，但是任意数量的位片502可被加入到示例性分布矩阵112。在图示示例中，十二个位片502中的每个与12位光信号的一个位相对应。
图5B是图5A的分布矩阵112的示例性位片502中的任一个的前视图。在图示示例中，位片502包含在位片502的前表面508形成的初级凹槽、花键或通道506，以用作中空金属波导的边界或壁来传输与位片502相关联的12位光信号的对应的位。由于通道506在前表面508上敞开，用于图示示例的位片502的中空金属波导的壁通过下述方式完成，即，当将位片502层压在一起形成分布矩阵112时用相邻位片502的背面封闭在前表面508上的通道506(参见图5A)。如在图5A中用虚线所示的，图示示例的最前面的位片502的初级通道506被盖片504封闭。在一些示例中，每个位片502的初级通道506从位片502的底面510开始并且基本上延伸穿过位片502前表面到达相对的顶面511。结果是，当示例性位片502被层压在一起时，初级通道506在底面510形成对应的开口或端口512，以用作接收自存储控制器106的输入信号的输入点或用作经过分布矩阵112到达存储控制器106的输出信号的输出点。在图5A的示例中，位片502的初级通道506如图5A中端口512的位置所示地错开。
除初级通道506以外，图示示例的每个位片502具有八个次级通道514a-h。次级通道514a-h与对应的初级通道506光通信并且从初级通道506延伸到位片502的端部516。结果是，当示例性位片502被层压时，次级通道514a-h在端部516形成对应的开口或端口518a-h，以用作出站信号的输出点或用作经过分布矩阵112的入站信号的输入点。图示示例的次级通道514a-h是分叉出其各初级通道506的中空金属波导，以携带经过分布矩阵112的信号的不同部分。尽管图示示例示出了具有基本上矩形横截面的初级通道506和次级通道514a-h，但是可采用任意适合的横截面来使信号传播通过分布矩阵112。
如先前结合图1A和图1B讨论的，光信号沿着互连102被传输并且通过光抽头104被导引至每个计算机***组件。尽管可以以很多方式实施光抽头104，但是在图示示例中用可变反射率薄膜反射镜520a-h实施光抽头104。每个这种反射镜520a-h反射光信号的一部分并且将剩余部分传输通过反射镜520a-h。以这种方式，单个入站信号可被传输通过初级通道506，其中一部分信号被分接或被偏离进入次级通道514a-h中的每个。被反射的光的比例与由每个反射镜520a-h传输的比例依赖于每个反射镜520a-h的光学特性，如将在下面结合图7更详细地解释。
图5C是图5A所示的示例性光学分布矩阵112的底视图，其中示出了由轮廓522表示的1×12VCSEL阵列的连接或光电探测器的1×12阵列。在图示示例中，每个位片502具有基本上相同的(如，完全相同)结构，除每个位片502的初级通道506(并因此每个对应的端口512)位于离对应的位片502的端部516不同的距离。在图5C所示的示例中，通道506的不同距离使端口512沿着分布矩阵112的底面510以线状排列隔开。在图示示例中，选择端口512的位置来与1×12VCSEL阵列522的激光器(在图5C中通过圆524表示)对准。由于图示示例的VCSEL阵列522的激光器524与分布矩阵112的端口512对准，因此12位输入信号的多个位可通过位片502中的相应的一个同时被传输。可替代地，图示示例的分布矩阵112可连接至1×12光电探测器阵列而不是VCSEL阵列，使得轮廓522与具有的光电探测器阵列相对应，并且圆524与光电探测器522的个别的接收器相对应，以通过位片502的相应的一个同时接收12位入站信号的12位。光电探测器或VCSEL阵列522可通过任意适合的方法连接至对应的分布矩阵112，该方法包括例如将导向光电探测器或VCSEL的光纤的端部***到分布矩阵112的端口512。在其它示例中，光电探测器和/或VCSEL可在制造或组装过程期间被物理地集成在分布矩阵112中。
图5D是示出带状光纤306到分布矩阵112的端部516的连接的、图5A的示例性分布矩阵112的端视图。在图示示例中，每个位片502的次级通道514a-h(并因此每个对应的端口518a-h)离底部510位于与每隔一个的位片502的相应的次级通道514a-h(以及对应的端口518a-h)相同的距离，以形成端口518a-h的对应的行528a-h。以这种方式，图示示例中带状光纤306的相应的一个与对应的行528a-h的每一个中一组端口518a-h对准。如图5D所示，每个带状光纤306的个别的光纤526与每个对应的行528a-h内相应的端口518a-h对准。此外，图示示例的次级通道514a-h具有近似与个别的光纤526相同的宽度，由此使得个别的光纤526的端部能够被***在端口518a-h中并且通过保持合适的摩擦或胶固定。在图示示例中附接带状光纤306的其它方法还可例如通过采用MT类型的套管来实施。在图示示例中，每个行528a-h(并因此每个带状光纤306)与经过分布矩阵112的完整的12位信号的一个分接部分相对应。以这种方式，图示示例的带状光纤306中的每个携带如图4A所示的对应的出站信号。此外或可替代地，图示示例的带状光纤306中的每个可将入站信号传输至要由光电探测器阵列接收的分布矩阵112，如上面结合图5C描述的。
图6A-6D图示了经过图5A所示的示例性分布矩阵112的示例性信号的路径。为了清楚的目的，图5A所示的示例性分布矩阵112的盖片504在图6A和图6C中被省略。图6A的图示示例示出了多位输入信号600，该多位输入信号600由例如1×12VCSEL阵列产生并且具有通过端口512进入分布矩阵112并扇出为每个具有十二位603的八个出站信号601的十二位602。用相同的附图标记和相同的位603描述出站信号601中的每个，因为每个出站信号601仅仅是初始输入信号600的分接部分并因此基本上与每隔一个的出站信号601相似(如，完全相同)。以相同的方式，图6B示出了输入信号600的进入图6A所示的分布矩阵112的最前面位片502并扇出为出站信号601中的每个的第一位603的第一位602。在图示示例中，在扇出出站信号601后，出站信号601通过端口518a-h的与图5D所示的带状光纤306中的每个对应的行528a-h离开分布矩阵112。
尽管出站信号601中的每个具有与输入信号600的位602相同的位603，但是出站信号601的功率低于输入信号600，因为出站信号601中的每个只包括输入信号600的一部分。尽管不按比例，在图6A中通过相对于表示出站信号601的位603的箭头大小的表示输入信号600的位602的箭头大小表明了相对于离开分布矩阵112的出站信号601的每个位603的功率的进入分布矩阵112的输入信号600的每个位602的功率。在图示示例中输入信号600的功率大于出站信号601的功率，因为出站信号601已通过反射镜520a-h分离了输入信号600。此外，如在示例图示中所示，输入信号600的每个位602具有与输入信号600的每隔一个的位602近似相同的功率。类似地，最上面出站信号601的每个位603(对应于图5D的最上面的行528h)被示出为具有与最上面出站信号601的每隔一个的位603近似相同的功率。为了清楚的目的，在图示示出中已省略了表示剩余的出站信号601的个别的位603的箭头。
图6C图示了八个示例性多位入站信号604a-h，每个多位入站信号具有通过端口518a-h的对应的行528a-h进入分布矩阵112并且扇入到出口作为在由如在图5A中讨论的分布矩阵的端口512定义的12位输出612具有十二个位610的一个输出信号608的十二个相应的位606a-h(即，入站信号604a具有十二个位606a，入站信号604b具有十二个位606b，等等)。在图示示例中，入站信号604a-h中的每个源自如图4A所示的转接卡302中的不同的转接卡302。因此，不像图6A和图6B中描述的彼此类似的外出的出站信号601，图示示例中的每个入站信号604a-h可以每隔一个入站信号604a-h不同。因此，入站信号604a-h不同时经过分布矩阵112，这可导致信号604a-h在结构上和/或破坏地结合。更确切地说，由于由存储控制器106通过如上所述的任意适当的寻址或复用方案控制，对入站信号604a-h中的每个分离地产生传输。因此，本文中使用的扇入入站信号604a-h是指入站信号中的每个通过相同的端口512被导引通过分布矩阵112，但并不是同时。换句话说，输出信号608不是分离的入站信号604a-h的结合，而是与在任意特定时刻被传输来使得信号604a-h中的每个能够被如图5C所述的单个1×12光电探测器阵列所接收的入站信号604a-h中的任一个相对应。为了进一步说明，图6D示出了经过图5B的示例性位片502并且离开时成为输出信号608的第一位610的图6C的示例性入站信号604h的单个位606h的示例性进入路径和出口路径。在另一个时刻，与图示示例的不同的入站信号(如，604a-g)相对应的不同的位(如，606a-g)可经过片502并且出口为输出信号608的第一位610。
尽管图示示例的信号604a-h可以彼此不同，但是当进入分布矩阵112时每个信号的功率近似相等。此外，由于示例性位片502中的每个中反射镜520a-h的光学特性，图示的输出信号608在任意给定时刻具有近似相等的功率，而与该时刻哪个入站信号604a-h是输出信号608的源无关。尽管不按比例，每个对应于进入分布矩阵112的入站信号604a-h的每个位606a-h的功率相对于离开分布矩阵112的输出信号608的每个位610的功率在图6C和图6D中通过表示对应的入站信号604a-h的位606a-h的箭头大小相对于表示输出信号608的位610的箭头大小显示。如图示，每个对应于入站信号604a-h的每个位606a-h的功率大于输出信号608的每个位610的功率，因为入站信号604a-h经过反射镜520a-h，该反射镜520a-h沿着初级通道506朝向输出612只反射或传输信号功率的一部分。此外，输出信号608的每个位610的功率与输出信号608的每隔一个的位610的功率近似相同。为了清楚的目的，仅示出了表示入站信号604h的个别的位606h的箭头，然而，图示示例的每个对应的入站信号604a-g的对应的位606a-g具有与入站信号604h的位606h近似相同的功率。
图7图示了经过图5B所示的示例性位片502的输入信号600的第一位602的示例性功率分布。尽管图示示例示出了第一位602的功率分布，但是输入信号600的每隔一个的位602的光功率分布与第一位602类似(如，相同)。图7描绘了八个反射镜520a-h的反射率和透射率的所列出的功率比的示例功率分布。在本文中，当示例的反射镜520a-h被称为移除与另一反射镜520a-h相同量的功率，例如100微瓦(μW)，则可存在在如由链路预算确定的可接受公差水平内的来自100(μW)的微小变动。此外，在图示示例中，100μW被说明性地用作保持可靠通信链接所需的功率(如，最小功率水平)。
在图示示例中，输入信号600的第一位602在其进入图6B所示的位片502的初级通道506时输入信号600的第一位602具有由POA0来表示的等于1毫瓦的光能量的初始传输功率。下标“OA”表示用于描述信号600的出站方向600的“出站推进”并且信号600的对应的部分沿着初级通道506推进而不是偏向别处。当位602到达第一反射镜520a，其中反射率为Ri＝1/10并且透射率为Ti＝9/10，则第一反射镜520a将位602的一部分功率向下反射到第一次级通道514a(即，第一出站信号601的第一位603)。在出站方向上被反射或分接的位603的功率被表示为变量POR1＝POA0R1。因此，被分接的位603的功率是100μW(1mW×1/10)。第一反射镜520a还进一步沿着初级通道506在出站方向上传输第一推进信号702a。在图示示例中第一推进信号702a与输入信号600的位602的剩余功率相对应，具有POA1＝900μW的功率，其中POA1＝POA0T1。因此，第一推进信号702a表示以100μW的功率损耗经过第一反射镜520a的输入信号602。
第一推进信号702a沿着初级通道506继续直到其到达第二反射镜520b，在第二反射镜520b处信号702a根据第二反射镜520b的反射率和透射率的功率比被分离。在图示示例中，第二反射镜520b的反射率(R2)等于1/9并且透射率(T2)等于8/9。因此，反射镜520b将第一推进信号702a(具有功率POA1＝900μW)的一部分向下反射到第二次级通道514b作为第二分接位603，具有POR2＝100μW的功率，其中POR2＝POA1R2。第一推进信号702a的剩余部分被传输通过反射镜520b，以在出站方向上产生第二推进信号702b，该第二推进信号702b具有POA2800μW的功率，其中POA2＝POA1T2。因此，第二推进信号702b表示来自存储控制器106的以200μW的功率损耗经过第一和第二反射镜520a-b的输入信号600的位602。
第三、第四、第五、第六、第七和第八反射镜520c-h通过立即将前述的推进信号702b-g分离成相应的反射位或出站位603来执行其功能，其中信号的剩余部分被传输通过对应的反射镜520c-h作为下一推进信号702c-h。在图示示例中每个连续的反射镜520c-h的反射率对透射率的功率比使得由每个对应的反射镜520c-h反射的每个对应的出站信号601的位603具有与100μW近似相同的功率并且每个连续的推进信号702c-h具有先前推进信号702b-g的功率，具有与由相应的反射镜520c-h反射的功率相对应的功率损耗(即，近似减少了100μW)。因此，在图示示例中，通过给定片的次级通道514a-h中的任一个离开分布矩阵112的任意位603的功率通常用PORn＝POAn-1Rn表示，其中n是与反射关联的位603的反射镜520a-h相对应的最小数字。在图示示例中每个连续的推进信号702a-h的功率通常用PORn＝POAn-1Tn表示。在图示示例中，在第八位603从第八反射镜520h反射回来后，第八推进信号702h具有200μM的功率。因此，第八推进信号702h表示以800μW的功率损耗从存储控制器106经过通道506的输入信号600的位602的第八推进信号702h。
没有一个反射镜(如，反射镜520a-h)是完全有效的。更确切地说，图示示例的反射镜520a-h具有POAn-1＝PORn+POAn+损耗的光学特性。“损耗”可包括来自对应的反射镜520a-h和/或来自光信号传播通过的光路径的光损耗。理想地，损耗应被保持为尽可能小使得Rn+Tn等于近似1。在前面的示例中，在本公开中为了清楚的目的将损耗排除在外。
在图示示例中第八推进信号702h中的200μW的功率实际上没有推进到任何附加的反射镜，而是意味如果需要则可包括更多反射镜(以及连接至那些反射镜的更多的存储设备)的额外功率。可替代地，在图示示例中被分接的位603中的每个的功率可通过调整每个反射镜520a-h的功率比来增加，以划分每个反射部分中额外的200μW，使得第八推进信号702h近似为零并且事实上来自初始输入信号600的所有功率进入出站信号601。作为另一替代，图示示例中的额外200μW允许初始输入信号600的能量减少200μW并且调整反射镜520a-h的功率比使得每个反射镜反射与上面的示例(如，100μW)相同量的功率但是为第八推进信号702h留下少量或不留下功率。以这种方式，在减少(如，最小化)功耗的同时可满足通信可靠性矩阵，其中每个信号601具有近似相等的功率。
此外，上面描述的反射镜520a-h的光学特性还使得当具有相同初始功率(如，1mW)的对应的入站信号604a-h的位606a-h中的任一个在相反方向上传输通过分布矩阵112时输出信号的位(图6A和图6B所示的输出信号608的位610)具有近似相同量的功率(如，100μW)。因此，图示示例使得所有入站和出站信号的初始功率近似相同(如，1mW)并且所得到的在经过分布矩阵112后每个信号的功率也近似相同(如，100μW)。
图8是图示用于制造图5A的示例光学分布矩阵112的示例方法的流程图。尽管参考图8、图5A及图5B描述了示例方法，但是可使用实施示例方法的其它过程。例如，可改变执行框的顺序，和/或可改变、消除、再分或结合一些框。另外，可连续地和/或同时地执行图8的示例方法。
首先，图8的示例方法起始于将波导通道(如，图5B的初级通道506和次级通道514a-h)形成在多个位片(如，图5A的十二个位片502)中的每个中(框800)。示例方法的波导通道被形成在每个位片的前面(如，每个位片502的前面508)并且可具有任意适合的横截面形状和/或位置。可实施很多方法(如，蚀刻、研磨、磨光，等等)来形成波导通道，该方法可依赖于位片的材料。位片可由诸如玻璃、塑料、硅等等的任何适合的材料制成。在一些示例中，使用蚀刻工艺形成波导通道。在其它示例中，通过注射成型工艺同时形成包括波导通道的位片。一旦形成波导通道，波导通道被金属化以起到中空金属波导的作用。
接着，将具有期望的反射率和透射率功率比的光抽头(如，图5B的反射镜520a-h)***到每个位片(框802)。具体地，光抽头被***在每个位片的波导通道的交叉区域以在入站方向或出站方向上在每个位片的通道之间反射和/或传输光信号。为了设置光抽头来获得反射光和透射光的期望的角度，可通过光刻工艺将合适的开口蚀刻在每个位片以将每个光抽头牢固地固定在其位置。例如，在图5B的图示示例中，在期望的位置和角度在每个位片502产生刚好足够宽来固定薄膜反射镜520a-h的窄的狭缝，并且然后***反射镜520a-h。以这种方式，建立反射镜520a-h的角度而一旦被安装则无需调整反射镜520a-h。因此，在分布矩阵112中没有移动部件。
随着光抽头被***到每个位片，将位片层压在一起(框804)。具体地，层压位片使得相对于每隔一个的位片的对应的波导通道设置每个位片的波导通道以与输入和输出光学组件(如，用于与如图5C所示的1×12光电探测器或VCSEL阵列对准的端口512的线，或用于与如图5D所示的带状光纤306对准的对应的端口518a-h的行528a-h)对准。此外，层压位片使得每个位片的前面面对相邻位片的后面以封闭波导通道并使其起中空金属波导的功能。然而，在示例方法中最前面位片的波导通道保持开启，因为没有相邻位片来覆盖其前面。因此，将盖片(如，图5A的盖片504)层压到被层压位片的前面(框806)。以这种方式，封闭每个位片的波导通道，除在与输入端口和输出端口(如，在每个位片502的底部的端口512以及在每个位片502的端部516的端口518a-h)相对应的端点。
从前面的内容，将理解上面公开的方法和装置使大量的DIMM(或其它I/O设备)被单个光学分布架构所支持。以这种方式，缓解了体积大且要求定制设计部件的已知光通信***的问题。例如，尽管许多已知光通信***在组件(如，DIMM)之间跨距英寸，由于偏差而导致功率损耗，但是本文中公开的示例实现具有非常小的形状系数的架构。类似地，不像可要求定制组件的已知光通信***的体积大且坚硬的形状系数，带状光纤306的柔韧性质使标准计算机***中所公开示例的迅速集成成为可能。此外，通过使转接卡302和/或在转接卡302上个别的DIMM204的替换成为可能，图示示例是非常有用的，由此增加了采用这种卡302或DIMM204的***的使用寿命。
另外，上面公开的方法和装置在支持相同数量的DIMM(或其它I/O设备)的同时能够减少总的光学组件数。例如，被设计成在每个方向上将12个光位连接至具有O/E和E/O转换能力的三十二个DIMM的现有技术中的***会要求384个出站路径(12位×32个DIMM)和384个入站路径(12位×32个DIMM)，总共768个总路径。鉴于每个路径要求在相对端的光发射机(如，VCSEL)和接收器(如，光电探测器)，这种***的总的光学组件数是1536个器件(768个路径×2)。然而，使用上面公开的方法和装置能够大大地减少该数量。例如，使用上面描述的光转接卡302将总的光学数量减少四倍，因为每个转接卡302固定四个DIMM并且连接点在转接卡级别而不是DIMM级别。因此，在图示示例中对于总共192个的路径具有96个出站路径(12位×8个转接卡)和96个入站路径(12位×8个转接卡)。在任一端具有光发射机和光接收器，所采用的光学器件的总数量变成384(192个路径×2)。另外，通过将输入信号经由光学分布结构110以八种方式扇出，能够进一步减少数量。尽管具有相同数量的路径(即，192个)在图示示例中1:8扇出使得在更多通道上散布有源元件的功率，使得12个光发射机(如，单个1×12VCSEL阵列)能够驱动全部96个出站路径(12位×8通道)。同样，1:8扇入使得12个接收器(如，单个1×12光电探测器)接收全部96个入站路径。以这种方式，出站路径只有108个光学组件(12个光发射机+96接收器)并且入站路径只有108个光学组件(12个接收器+96个光发射机)，总共216个光学器件。因此，图示示例相对于上述示例现有技术中的***将32个DIMM存储***的光学组件数从1536个器件降低至216个器件。
尽管在本文中已公开了固定的示例方法和装置，但是本专利的范围不限于此。相反，本专利覆盖完全落在本专利的权利范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (15)

1.一种光学架构，包括：
第一转接卡和第二转接卡；
第一组件和第二组件，分别由所述第一转接卡和所述第二转接卡携带；
第一矩阵，用于将多位光输入信号扇出成第一出站信号和第二出站信号；以及
第一光缆和第二光缆，用于将所述第一出站信号和所述第二出站信号分别携带到所述第一转接卡和所述第二转接卡。
2.根据权利要求1所述的光学架构，进一步包括第一转换器和第二转换器，所述第一转换器和第二转换器与所述第一光缆和所述第二光缆中相应的一个以及所述第一转接卡和所述第二转接卡中相应的一个进行通信，所述第一转换器和所述第二转换器用于将相应的第一出站信号和第二出站信号从光信号转换成电信号。
3.根据权利要求2所述的光学架构，进一步包括解码器，所述解码器与所述第一转换器和所述第二转换器中相应的一个进行通信，以确定相应的出站信号是否要被传送至所述第一组件和所述第二组件中对应的一个。
4.根据权利要求1所述的光学架构，进一步包括用于产生所述多位输入信号的VCSEL。
5.根据权利要求1所述的光学架构，其中所述第一光缆和所述第二光缆将相应的入站信号从所述第一转接卡和所述第二转接卡中对应的一个传送至所述第一矩阵，所述第一矩阵用于将所述入站信号中的至少一个转换成多位输出信号。
6.根据权利要求6所述的光学架构，进一步包括光电探测器，所述光电探测器与所述第一矩阵进行通信，以接收所述多位输出信号。
7.根据权利要求1所述的光学架构，进一步包括第三光缆和第四光缆，所述第三光缆和所述第四光缆用于将来自所述第一转接卡和所述第二转接卡中对应的一个的相应入站信号传送至第二矩阵，所述第二矩阵用于将所述入站信号中的至少一个转换成多位输出信号。
8.根据权利要求1所述的光学架构，其中所述第一矩阵包括：
第一片和第二片，所述第一片和所述第二片联接，所述第一片和所述第二片中的每一个包括：
初级通道；
与所述初级通道进行通信的第一次级通道和第二次级通道；以及
第一反射镜和第二反射镜，被设置为在所述初级通道与所述第一次级通道和
所述第二次级通道中相应的一个之间反射光信号的一部分。
9.根据权利要求8所述的光学架构，其中所述第一片的所述第一次级通道与所述第二片的所述第一次级通道对准，并且所述第一片的所述第二次级通道与所述第二片的所述第二次级通道对准。
10.根据权利要求9所述的光学架构，其中所述第一光缆与所述第一片的所述第一次级通道和所述第二片的所述第一次级通道通信地联接，并且所述第二光缆与所述第一片的所述第二次级通道和所述第二片的所述第二次级通道通信地联接。
11.一种光学分布矩阵，包括：
第一片，具有第一输入端口和多个输出端口；以及
第二片，具有第二输入端口和多个第二输出端口；所述第一输入端口和所述第二输入端口相对于彼此垂直地和水平地移位，所述多个第一输出端口和所述多个第二输出端口仅仅是水平地移位和垂直地移位中的一种。
12.根据权利要求11所述的光学分布矩阵，进一步包括：
多个第一光抽头，与所述多个第一输出端口相对应；以及
多个第二光抽头，与所述多个第二输出端口相对应。
13.根据权利要求12所述的光学分布矩阵，其中所述第一输入端口和所述第二输入端口用于接收光信号并且通过相应的多个第一光抽头和多个第二光抽头将所述信号扇出至对应的所述多个第一输出端口和多个第二输出端口。
14.根据权利要求12所述的光学分布矩阵，其中所述多个第一输出端口和所述多个第二输出端口中相应的一个用于接收光信号并通过所述多个第一反射镜和所述多个第二反射镜将所述信号路由至所述第一输入端口和所述第二输入端口。
15.一种用于制造光学结构的方法，包括：
制造具有第一输入波导的第一片和与所述第一输入波导进行通信的多个第一次级波导；
制造具有第二输入波导的第二片和与所述第二输入波导进行通信的多个第二次级波导；
在所述第一片内放置多个第一反射镜，以在所述第一输入波导与所述多个第一次级波导中相应的第一次级波导之间反射光；
在所述第二片内放置多个第二反射镜，以在所述第二输入波导与所述多个第二次级波导中的相应的第二次级波导之间反射光；以及
层压所述第一片和所述第二片。
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