CN102203650B - 光学连接器互连系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于连接相邻计算板装置的方法。可以提供源计算板(20)。光引擎(22)附着到源计算板。多个源光学连接器(34、36)耦合到光引擎(36)。可以将第一光学连接器(34)定位在源计算板(20)上的用于相邻计算板上的第一预设类型的计算部件的位置处。可以将第二光学连接器(36)定位在源计算板(20)上的与第一光学连接器(34)相关的固定坐标处。

Description

光学连接器互连系统和方法
背景技术
互连被用于印刷电路板(PCB)上的部件和器件之间，以允许部件和器件作为更大的计算机系统的一部分彼此通信。PCB经常作为连接到计算机底板的计算机卡或者刀片竖着被堆叠在一起，以在有限的空间内提供更大的密度。
互连允许计算机系统中的器件、部件或者刀片使用电信号或者光信号彼此通信。不同类型的计算机板或者PCB经常被定位为彼此相邻，并且这些板上的部件彼此电连接。不同的板类型可以彼此互换，并且被布置为与其它不同的板类型相邻。
然而，计算板或者刀片之间的这样的互连可能经常使用大量开关或者路由来确定应当如何路由接收的信息。另外，还可能进行协议或者格式变换，以将信息转换为接收部件所需的格式。电子开关部件和路由的增加的复杂度可以使用于这样的互连的通信系统增加大量成本。
附图说明
图1A示出了用于连接相邻计算板装置的系统的实施例；
图1B示出了用于使用具有固定坐标位置的连接器连接相邻计算板装置的系统的实施例；
图2A示出了实施例中的连接到存储器板的多个CPU板；
图2B示出了实施例中的连接到两个存储器板的一个CPU板；
图2C示出了实施例中的连接在一起的两个CPU板；
图2D是示出实施例中的一旦在板的一侧上使用连接器、则在板的另一侧上不能使用具有相同信号的对接（opposing）连接器的表；
图3是实施例中的用于刀片上的CPU的光学连接的透视图；
图4是示出根据实施例的与具有固定连接器坐标的存储器板相邻的CPU板的透视图；
图5是示出根据实施例的耦合在底板上的印刷电路板的透视图；以及
图6A是示出根据实施例的在固定坐标处具有用于预定计算部件类型的连接器的存储器板的透视图；
图6B是示出根据实施例的在固定坐标处具有用于预定计算部件类型的连接器的存储器板的侧平面视图；
图6C是根据实施例的与侧边缘视图和顶边缘视图相关地示出的、示出在固定坐标处具有用于预定计算类型部件的连接器的存储器板的侧平面视图；
图6D是示出根据实施例的在固定坐标处具有用于预定计算类型部件的连接器的存储器板的侧边缘视图；
图6E是示出根据实施例的在固定坐标处具有用于预定计算类型部件的连接器的存储器板的顶边缘视图；以及
图7是示出根据实施例的用于在固定坐标位置处使用连接器连接相邻计算板装置的方法的方法的流程图。
具体实施方式
这里示出的发明特征的改变和其它修改以及如这里示出的本发明的原理的附加应用（它们将是拥有本公开的相关领域技术人员容易想到的）应当被视为在本发明的范围之内。不同附图中相同的附图标记表示相同的元素。除非另外指出，否则耦合是指电耦合或者光耦合。
图1A示出了用于连接安装在计算板上的相邻计算装置的系统的实施例。该系统可以包括源计算板20，且源计算板可以是印刷电路板(PCB)。可以将光引擎22附着到源计算板。光引擎可以连接到计算装置，或者光引擎可以独立地发送光信号。
一个或更多个光学连接器24a和24b可以经由光导管28和/或光分离器29耦合到光引擎22。光导管可以是光纤、空心波导或者其它已知的光导管。另外，光导管可以载送光信号26。另外，光导管可以载送光信号26。提供给两个光学连接器的光信号将是来自光引擎的相同的信号，但是将使用光分离器29在两个或更多个连接器之间将该光信号分离。光分离器可以是光引擎的一部分，或者光引擎可以是单独的模块。
光学连接器可以被定位在源计算板上的固定坐标处。可以将固定坐标位置定义为用于特定类型的计算通信连接的预设位置。这意味着靠近源计算板的相邻计算板可以被配置为接收由源计算板输出的光信号。
图1B进一步示出了可以使用固定坐标来提供的变化的定位。特别地，第一连接器34可以位于板的一侧上的第一预设固定位置处。那么，第二连接器36可以位于板的第二侧上与第一连接器有限定偏移的位置处。这意味着所限定的通信部件类型(例如存储器、I/O、CPU(中央处理单元)等)可以在第一位置34处连接到计算板的第一侧，但是如果与板20相邻地安装有另一类型的装置，则不正确的通信端口不会与连接器物理地排成一行。例如，被布置为与图1B的板20相邻的存储器板可以被配置为向图形卡发送存储数据，但是如果将CPU板与图形板并排放置，则不会进行适当的连接，这是因为图形板在适当的限定位置或者坐标处不会具有通信链路。
图1A和1B示出了沿着卡的边缘的平面中的光学连接器的固定坐标，但是还可以使用其它取向。在一些实施例中，当计算刀片被竖直地定向时，源光学连接器的固定坐标在计算刀片的x-y平面上的x坐标和/或y坐标上有变化。在一些实施例中，这意味着光学连接器可以从卡的平面垂直地延伸。在另一实施例中，光学连接器可以被布置为在z坐标空间中相对于计算刀片有固定位置。
图2A是可以用于光通信的互连的示例图示。虽然在图2A中示出了水平地定向的印刷电路板和光学连接器的示例，但是计算板还可以被竖直地定向在刀片配置中，其中，一互连在刀片平面的一侧上，而另一互连在刀片平面的另一侧上。
图2A还示出了计算板上的CPU50可以被配置为与相邻板上的存储器模块40进行连接。CPU板上的存储器光学连接器42的限定位置将与存储器板的CPU连接器43对齐。如可以看到的，CPU卡的相对侧上的存储器连接器44将不与其左边的CPU卡对齐，这是因为CPU板在该位置不具有存储器连接。该配置允许向两个存储器光学连接器递送同步的光信号，但是当进行第一耦合时，不使用其它剩余的耦合。另外，这两个CPU板可以具有以下这样的光学互连：所述光学互连具有用于CPU到CPU连接48的限定位置。这种CPU到CPU连接46不会利用相同的限定CPU连接坐标产生与存储器板或不匹配的另一板的连接。
本技术的一个结果是可以实现一个良好的光通信连接，同时避免了不希望的光学连接。如果光学连接器没有位于针对1)连接类型和2)板的侧的限定坐标处，则可能与具有不正确的通信类型的连接器进行不希望的连接。连接器偏移和坐标位置避免了无意的或者不希望的连接的问题。
图2B示出了可以使用与图2A相同的连接器配置连接到两个存储器板的单个CPU的示例。然而，在图2B中，CPU到CPU互连不与任意其它连接器对齐，并且因此不被使用。
图2C示出了其中2个CPU耦合在一起而不与存储器板有任何通信的示例性配置。存储器连接器42、44不与CPU板上的连接器对齐，因此没有进行存储器连接。图2A至2C示出了：可以使用几个基本连接器配置来创建许多配置并且这提供在底板中配置刀片的灵活性。
因为光引擎利用有用信号为两个或更多个光学连接器提供足够的光能量，因此这些配置是可能的。使用限定坐标被动地路由适当的信号会避免主动电子路由，并且未使用的连接器中的剩余信号被丢弃或者不被使用。
计算板上的连接器可以专用于特定类型的业务，诸如CPU-存储器业务、存储器-CPU业务、部件到I/O、CPU到CPU业务或者其它连接。计算板的侧面上的每个光学连接器位置或者坐标可以专用于预定类型的计算部件或者预定类型的业务。其结果是，可以将光学连接器布置在相对于计算板上的其它连接器的指定物理位置或者固定坐标位置处。用于预定类型的业务的连接器的物理位置对于指定的板和/或通信类型可以保持恒定。
例如，CPU-存储器连接器可以位于每个CPU板上的相同坐标位置处。连接器在板的一侧上的位置与用于相同光信号的板的相对侧上的连接器位置相比可以是相同的或者不同的位置。在计算板上限定用于指定业务类型的连接器位置或者坐标允许计算板上的部件在不增加电子开关、电子协议转换和类似代价高的功能的情况下、通过利用指定业务连接被动地将光信号导向其它计算板上的匹配部件类型。使用坐标定位和偏移允许预定类型的光学连接器与不同计算板上的相同类型的光学连接器对齐，只要这些光学连接器在计算板之间位于针对该业务类型的固定预定位置处即可。
图2D是示出一旦在板的一侧上使用连接器、则具有相同信号的对接连接器被配置为不在板的另一侧上使用的表。这是由于光学连接器的坐标定位和偏移。另外，每种连接类型可以被定义为跨越所有板具有其自己的坐标区域或者单独的不动区，所述自己的坐标区域或者单独的不动区（realestate）对于连接类型来说是排他的。
图3示出了具有多个光学连接器和背板电连接90的刀片或者计算板的透视图。可以为CPU(中央处理单元)80或者使用光学连接进行通信的一些其它电子装置提供这些光学连接器。用于CPU的光引擎82可以经由光导管88向两个或更多个光学连接器84和86发送光信号。由于使用与该光引擎相关联的光分离器，因此这些光导管载送相同的信号。如前所述，这些连接器可以连接到其它刀片或者板。这些连接器84、86可以被视为在x坐标方向上相对于彼此具有偏移，并且还已经示出了在y坐标方向上相对于彼此具有偏移的连接器92、94。
虽然将主要利用CPU、存储器、I/O或者类似连接来描述本系统和方法，但是大量其它类型的通信通道也是可能的。例如，中心板可以是I/O集线器，并且可以连接到中心板的板类型可以包括光纤通道板、无限带宽（Infiniband）板、以太网板或者其它类型的通信通道。相应地，在希望相邻刀片或者板彼此直接通信的情况下，可以使用多种其它通信通道配置。
现在，将描述其它详细的实施例。如图4所示，经常被称为计算板或者刀片的印刷电路板(PCB)300和400可以包括执行一般的计算功能或者特定的计算功能的电子和光学装置304。计算板上的装置或者计算部件可以是中央处理单元(CPU)304、输入和/或输出(I/O)装置、存储器402或者其它专用电路。刀片上的部件可以通过刀片表面内或上的电迹线、线缆或者光通道而彼此耦合。
电子和光学装置可以使用计算板边缘上的板背板连接器398和498或者耦合到相邻计算板上的配对连接器430的光学连接器334而耦合到附近计算板上的电子和光学装置。板背板连接器可以使用计算机底板的连接和电路提供与其它电路的电或光耦合。
第一刀片300上的光学连接器334被定位为与第二刀片400上的配对连接器430对齐，因此当两个刀片被安装在底板中时，可以在相邻刀片上的部件之间进行光或者电连接。光学连接器可以接收来自与计算部件304通信的光引擎305的光信号。可以在光导管307上传送光信号。第一刀片的多个连接器334可以与第二刀片的多个对应或者配对连接器430对齐。第一刀片的连接器334和330可以被定位在刀片两侧上，因此第一刀片的第一侧上的连接器可以与第二刀片上的连接器对齐，或者可选地，第一刀片的第二侧上的连接器可以与第三刀片上的连接器对齐，等等。在图4中用实线示出了刀片的前侧上的连接器和部件，并且用虚线示出了刀片的后侧上的连接器和部件。光学连接器可以接收来自光引擎和分离器的光信号。
计算板可以具有单独的特定功能。例如，特定功能可以包括中央处理、输入或输出处理或者存储器存储。可以将具有CPU、多个CPU的刀片或者具有中央处理的主要用途的刀片称为CPU刀片。可以将具有I/O芯片、多个I/O芯片的刀片或者具有输入和/或输出处理的主要用途的刀片称为I/O刀片。可以将具有存储器芯片、多个存储器芯片的刀片或者具有存储器存储的主要用途的刀片称为存储器刀片。
可以将计算板堆叠在机柜或者计算机底板中，所述机柜或者计算机底板可以使用框在计算板之间提供均匀的距离。如图5所示，计算板可以以水平的230和232或者垂直的210、212、220和222配置被附着到底板200。可以通过底板中的片金属插槽或者凹口来提供刀片到底板的支持或者附着。另外，刀片的边缘上的电或光学连接器还可以提供相对于其它刀片和底板的标称量的保持力。可以使用这些支持来提供底板中的刀片之间的稳定性和均匀的距离，或者来将刀片附着在一起。刀片可以彼此平行。刀片的插入可以将连接器的面置于定位在底板中的相邻刀片上的对应连接器的面附近，因此当将两个刀片被安装在底板中时，该连接器和对应连接器可以提供电或光对齐。连接器214可以与刀片的面正交，或者连接器224和234可以与刀片的边缘正交。连接器可以提供板到板、刀片到刀片或者芯片间的通信。
如图4所示，第一连接器334和(第二)配对连接器430可以通过第一计算板和第二计算板到计算底板中的插入而自对齐。第一连接器和配对(第二)连接器可以是如在共同拥有的2008年7月31日提交的、标题为“Self-AligningProximityConnectorandMethodsforAligning”的美国临时专利申请序列号61/085,331中公开的连接器，该美国临时专利申请的全部内容由此通过引用被包含。当然，可以使用其它物理连接类型，诸如压入配合连接器、互锁连接器或者其它已知的连接器。
第一部件可以使用非常接近第一部件的光引擎而光学耦合到第二部件，以将光信号从第一部件传送到第二部件。例如，图6A至6E示出了用于存储器板600上的存储器部件602至608的光引擎610。连接器或者互连可以用于第一部件和第二部件之间的光耦合中。连接器可以允许第一部件和第二部件位于相邻的计算板上并且能够通过连接器进行通信。耦合到第一部件的第一连接器634可以具有耦合到第二部件的对应连接器、配对连接器或者第二连接器。
再次参考图6，光引擎610可以具有用于使用光分离产生用于多个光学连接器的光子或者光信号的功率。可以将光引擎集成到部件602至608的电路或者封装中。光引擎610可以为多于一个的部件602提供光信号。用于部件的光引擎可以产生到未耦合到配对连接器的连接器的光信号。未耦合或者未连接的连接器的附加光子能量可以被视为是浪费的，因为该连接器未被用于将部件耦合在一起。光引擎的附加功率允许将基本类似的光信号发送到耦合和未耦合的连接器两者。
将从特定类型的部件到另一类型的部件的信号或者通道分组到一起，这使得通信业务能够在两个部件之间流动。来自一种类型的部件或者另一类型的部件的通信业务或者光信号的路径可以是使用连接器对业务的路由。例如，第一部件可以是CPU，而第二部件可以是存储器。在这种情况下，业务可以是CPU-存储器业务。业务还可以从第二部件(存储器)流动到第一部件(CPU)，从而形成存储器-CPU业务。
耦合到CPU的第一连接器和耦合到存储器的配对连接器可以提供CPU-存储器连接。连接器可以允许多个业务流穿过同一连接器。一部分CPU-存储器连接器可以路由CPU-存储器业务，且一部分连接器可以路由存储器-CPU业务。可选地，部件可以使用单独的连接器来路由每种类型的业务。可以在计算板的任一侧(平面)上路由数据业务。例如，如果第一部件是CPU而第二部件是存储器，则用于CPU-存储器业务的连接器可以在板的前侧上，而存储器-CPU业务连接可以在后侧上，或者相反。
用于预定类型的业务的连接器的物理位置对于指定板来说可以保持恒定。例如，CPU-存储器连接器可以位于每个CPU板上的相同位置处。连接器在板的一侧上的位置可以与连接器在该板的相对侧上的位置相同或者不同。使用于指定类型的业务的连接器在计算板上固定允许部件和计算板利用该指定业务将光信号传递到各种类型的计算板。使用定位和偏移允许预定类型的计算板与相同或者不同确定类型的另一计算板大致对齐，只要每个计算板的连接器针对计算板之间的业务类型处于固定预定位置即可。
当存储器板被置于与CPU板相邻时，仅CPU-存储器连接器会与存储器板上的配对CPU-存储器连接器对齐。CPU板和存储器板上的所有其它连接器都将不对齐。这种对齐便于仅传输CPU-存储器业务、存储器-CPU业务或者它们两者。换句话说，不兼容的数据通道不能进行通信，因为它们没有物理地对齐。使用固定位置和偏移的连接器的被动对齐消除了对将被例示的双重光引擎的需要和对用于在兼容和不兼容通信端口或者通道之间进行区分的复杂的主动电子选择机制的需要。
如图6A至6E所示，CPU板600上的存储器模块602至608可以被配置为与相邻板上的其它存储器芯片、CPU和/或I/O芯片耦合。虽然使用CPU、存储器和I/O电路部件来进行举例说明，但是还可以与CPU、存储器和I/O电子部件相组合地使用其它计算部件、连接器类型或者通信通道。存储器的光引擎610可以耦合到多个连接器。连接器可以包括前侧CPU-存储器连接器630、前侧存储器-I/O连接器640、前侧存储器-存储器连接器620、后侧CPU-存储器连接器634、后侧存储器-I/O连接器644和后侧存储器-存储器连接器624。图6B示出了CPU板的前侧上的到存储器-存储器连接器通道或者路径622的光引擎、到存储器-I/O连接器通道或者路径642的光引擎以及到CPU-存储器连接器通道或者路径632的光引擎。连接器的位置和偏移可以在x坐标平面、y坐标平面或者与计算板的平面对齐的z坐标平面中改变。
如图7的流程图所示，另一实施例提供了用于连接相邻计算板装置的方法700。该方法包括提供710源计算板的操作。之后是将光引擎附着720到源计算板的操作。该方法接下来的操作是将多个源光学连接器耦合730到光引擎。
方法700还包括将第一光学连接器定位740在源计算板上的针对相邻计算板上的第一预设类型的计算部件的位置处。然后，可以进行将第二光学连接器定位750在源计算板上的偏离第一光学连接器的固定坐标处的操作。第二光学连接器被配置为连接到相邻计算板上的第二预设类型的计算部件。
虽然前述示例是对本发明在一个或更多个特定应用中的原理的例示，但是对于本领域普通技术人员而言明显的是，可以在不使用创造力的情况下且不脱离本发明的原理和概念的情况下进行实施方式的形式、用途和细节方面的许多改变。相应地，除了如下面所阐述的权利要求所限定的那样，并不意图限制本发明。

Claims (15)

1.一种用于连接相邻计算板装置的系统，包括：
源计算板(20)；
光引擎(22)，其附着到所述源计算板，所述光引擎具有光分离器(29)；
多个光导管(28)，其中每个光导管被配置为同时接收经由所述光分离器的相同的光信号(26)；以及
多个源光学连接器(34、36)，其中每个源光学连接器耦合到光导管(28)，并且被定位在所述源计算板上的固定坐标处，并且每个固定坐标位置用于预定类型的计算部件连接，其中第一源光学连接器被定位在所述源计算板上的针对相邻计算板上的第一预定类型的计算部件的位置处(740)，第二源光学连接器被定位在所述源计算板上的从所述第一源光学连接器偏离固定偏移的位置处，其中所述第二源光学连接器被配置为连接到所述相邻计算板上的第二预定类型的计算部件，其中，一个源光学连接器(34或者36)被用于耦合到另一光学连接器，并且来自剩余的源光学连接器(34或者36)的光信号(26)被丢弃。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括所述源计算板附近的相邻计算板，所述相邻计算板被配置为接收所述光信号(26)。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光引擎(22)产生到所述多个源光学连接器(34、36)的基本类似的光信号(26)。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述源光学连接器的固定坐标在所述源计算板的第一坐标平面和第二坐标平面上改变，以避免不希望的连接。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括计算机底板(200)，所述计算机底板用于将所述相邻计算板安装为与所述源计算板相邻。
6.根据权利要求4所述的系统，还包括被定位在所述相邻计算板上的固定坐标处的接收光学连接器(43)，所述接收光学连接器在所述源计算板和所述相邻计算板都被安装了时与所述源光学连接器(42)中的一个对齐。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述接收光学连接器(43)和配对源光学连接器(42)使用自对齐互连。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，源光学连接器(42)包括光发射器和光检测器，并且所述光发射器传播所述光引擎的信号，且所述光检测器将光信号传播给所述源计算板上的电路。
9.一种用于连接相邻计算板装置的方法，包括：
提供源计算板(710)；
将光引擎附着到所述源计算板(720)；
将多个源光学连接器耦合到所述光引擎(730)；
将第一源光学连接器定位在所述源计算板上的针对相邻计算板上的第一预设类型的计算部件的位置处(740)；以及
将第二源光学连接器定位在所述源计算板上的从所述第一源光学连接器偏离固定偏移的位置处，其中，所述第二源光学连接器被配置为连接到所述相邻计算板上的第二预设类型的计算部件(750)。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括将所述源计算板插入到计算机底板中。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：通过将所述相邻计算板以与所述源计算板相邻的方式插入到计算机底板中，使得所述源计算板上的所述第一源光学连接器与所述相邻计算板上的用于所述第一预设类型的计算部件的配对第一光学连接器光学对齐。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：通过将所述相邻计算板以与所述源计算板相邻的方式插入到计算机底板中，使得所述源计算板上的所述第二源光学连接器与所述相邻计算板上的用于所述第一预设类型的计算部件的任意光学连接器光学不对齐。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：通过将所述相邻计算板以与所述源计算板相邻的方式插入到计算机底板中，使得所述源计算板上的所述第二源光学连接器与所述相邻计算板上的用于第二预设类型的计算部件的配对第二光学连接器光学对齐。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，将第一光学连接器和第二光学连接器定位在计算板上计算机底板用于将所述相邻计算板以与所述源计算板相邻的方式安装，这确保所述第一和第二光学连接器之间的正确连接性。
15.一种用于连接相邻计算板装置的方法，包括：
提供源计算板(710)；
将具有光分离器的光引擎附着到所述源计算板(720)；
与多个光导管连接，所述多个光导管中的每个用于同时接收经由所述光分离器的相同的光信号；
将多个源光学连接器耦合到所述光导管(730)；
将第一源光学连接器定位在所述源计算板上的针对相邻计算板上的一种类型的计算部件的位置处(740)；
将第二源光学连接器定位在所述源计算板上的从所述第一源光学连接器偏离固定偏移的位置处，其中，所述第二源光学连接器被配置为连接到所述相邻计算板上的第二预设类型的计算部件；
将一个源光学连接器耦合到另一光学连接器，以提供通信通道(750)；以及
丢弃来自第二源光学连接器的光信号。
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