CN103221861B - 具有扇出光总线的电子系统 - Google Patents

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Abstract

电子系统（100，200，250）包括：多个电子节点（110a-110d），每个电子节点均具有发送器模块（112）和多个接收器模块（114-118），其中所述发送器模块在每个所述电子节点中相对于接收器模块位于相同位置处；以及多条扇出光总线（121a-121d，212a-212d，302-308，402-408），每条扇出光总线包括发送器段（122，214）、多个接收器段（124-128，216-222）以及在多个接收器段之间延伸的至少一个基本笔直的光波导（130，230），其中每个发送器段（122，214）与相应一个电子节点（110a-110d）的发送器模块（112）光学连接，并且其中，每条扇出光学总线的接收器段与电子节点的接收器模块（114a-118）中的相应接收器模块连接。

Description

具有扇出光总线的电子系统
背景技术
背板常用于机架安装系统以提供安装在机架中的电子器件之间的高速互连。背板通常由多层电路板构成，多层电路板具有导电轨迹，导电轨迹被选择性地路由以提供高速互连。目前，基于总线或基于结构的背板常用于提供互连。
在基于总线的背板中，多组平行信号用于将电子器件互连。因为总吞吐量必须在沿着基于总线的背板的所有电子器件之间共享，所以实际上存在对最大系统吞吐量的限制，这通常限制可靠性。在基于结构的背板中，中央高速结构或集线器用于交换所有电子器件之间的流量。然而，与基于结构的背板相关联的成本趋于相对高，这是因为需要额外的全中央结构来实现这种类型的背板。
附图说明
实施例是通过举例的方式阐述的且不受以下附图限制，在附图中相似的标记表示相似的元件，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的电子系统的简化立体图；
图2A示出了根据本发明的另一实施例的电子系统的简化立体图；
图2B示出了根据本发明的又一实施例的电子系统的简化立体图；
图3和图4分别图示出根据本发明的实施例的多层波导系统；以及
图5图示出根据本发明的实施例的用于实现图1、图2A和图2B中所示的电子系统的方法的流程图。
具体实施方式
为了简化和示例的目的，主要通过参照实施例的实例来描述实施例的原理。在下面的说明中，为了提供实施例的全面理解，阐述了多个具体的细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可不限于这些具体细节而实现实施例。在其它实例中，为了不会不必要地使实施例的描述模糊，未详细描述公知的方法和结构。
本文公开了电子系统和用于实现电子系统的方法。所述电子系统包括多个电子节点，每个电子节点均包括发送器模块和多个接收器模块。每个电子节点中的发送器模块相对于接收器模块位于相同位置处。因此，在一个方面，每个电子节点都包括相同的电子节点。电子系统还包括多个扇出光总线，每个扇出光总线都包括发送器段和多个接收器段。扇出光总线的发送器段和接收器段包括不同配置，以适应发送器模块和接收器模块位于电子节点中的位置。
通过本文公开的电子系统和方法的实现，每个电子节点设有其自身专用的扇出光总线，光信号通过扇出光总线发送到与扇出光总线连接的所有电子节点，这允许电子节点之间的全面连接。另外，扇出光总线被布置为具有相对笔直的波导段，因此能够通过扇出光总线传送相对强的光信号并且易于制造扇出光总线。此外，因为电子节点具有共同的配置，所以电子节点可以任意次序布置在电子机架中，这使得本文公开的电子系统的实现相对容易。而且，可以避免与获得具有不同配置的电子节点相关联的成本。
首先参照图1，该图示出了根据实施例的电子系统100的简化立体图。应当理解的是，图1所示的电子系统100可以包括额外的部件，并且本文描述的一些部件可被移除和/或修改而不偏离电子系统100的范围。还应当理解的是，图1所示的部件不是按比例绘制的，并且因此，部件可具有与本文图示的不同的相对于彼此的相对尺寸。
如其中所图示的，电子系统100包括多个电子节点110a-110d，每个电子节点配备有发送器模块112和多个接收器模块114-118。发送器模块112以阴影描绘，从而更好地区分开发送器模块112与接收器模块114-118。尽管图1中未明确描绘出，但是每个电子节点110a-110d还可以包括另外的硬件部件，以在通过发送器模块112传送光信号之前或通过接收器模块114-118接收到光信号之后来处理信号。例如，电子节点110a-110d可以包括用于将电信号转换成光信号并且反之亦然的光引擎。
一般而言，每个电子节点110a-110d包括适合的器件，该器件被配置为通过发送器模块112和接收器模块114-118将信号发送到其它电子节点110a-110d中的每个以及从所述其它电子节点110a-110d中的每个接收信号。在一个示例中，电子节点110a-110d包括被配置为支持一种或多种技术的电子器件，诸如处理器、存储器和电源等。在另一示例中，电子节点110a-110d包括相对较大规模的电子器件，诸如服务器、计算刀片（compute blade）、路由器、交换器等。在另一示例中，电子节点110a-110d包括甚至更大规模的电子器件，诸如电子机架或机柜。
在任一方面，并且如图1所示，电子节点110a-110d彼此类似地配置，从而每个电子节点110a-110d中的发送器模块112在每个电子节点110a-110d中相对于接收器模块114-118位于相同位置处。因此，在一个方面，例如具有相同零件数量的单一类型的电子节点110a-110d可用于电子系统100中。在图1中，为了示例的目的而不是为了限制，发送器模块112已被描述为位于每个电子节点110a-110d中的最顶部位置。因此，发送器模块112可位于相对于接收器模块114-118的任何位置处，而不偏离电子系统100的范围。
图1还示出了由使能电子节点110a-110d之间全面通信的多条扇出光总线121a-121d形成的扇出光总线阵列120。在一个示例中，扇出光总线阵列120包括电子节点110a-110d的背板。在另一示例中，扇出光总线阵列120位于电子节点110a-110d的前方。
每条扇出光总线121a-121d包括发送器段122和多个接收器段124-128。另外，每个发送器段122被描绘为通过一个或多个光波导130在每条扇出光总线121a-121d中与每个接收器段124-128连接。因此，例如，单个光波导130可连接特定扇出光总线121a的发送器段122和接收器段124-128。可替换地，多个光波导130可连接特定扇出光总线121a的发送器段122和接收器段124-128中的一个或多个。在任一示例中，在每条扇出光总线121a-121d中的发送器段122和接收器段124-128可布置在相对于彼此基本笔直的线上，从而使光波导130具有基本笔直的配置。因此，扇出光总线121a-121d可以相对简单的方式制造并且可配置为以相对低的信号损失传送光信号。
如图1进一步所示，每个电子节点110a-110d的发送器模块112通过相应的发送器光纤带140与扇出光总线121a-121d中的相应发送器段122连接。另外，每个电子节点110a-110d的接收器模块114-118通过相应的接收器光纤带142与扇出光总线121a-121d的相应的接收器段124-128连接。接收器光纤带142由虚线、点线和灰色线中的一种描绘出，以进一步将接收器光纤带142与发送器光纤带140以及彼此区分开。然而，应当理解的是，发送器光纤带140和接收器光纤带142可包括相同或相似类型的光纤带，可通过所述光纤带传送光信号。
每条扇出光总线121a-121d中的发送器段122沿每条扇出光总线121a-121d布置在相对彼此不同的位置处。更特别地，第一扇出光总线121a中的发送器段122位于第一扇出光总线121a的最左侧位置处，第二扇出光总线121b中的发送器段122位于第二扇出光总线121b的第二最左侧位置处，等等。在这方面，当通过第一扇出光总线121a的发送器段122从第一电子节点110a传送信号时，信号通过第一扇出光总线121a中的一个或多个光波导130传送到第一扇出光总线121a的每个接收器段124-128并且传送到其它电子节点110b-110d中的相应接收器模块114中。
作为另一示例，当从第二电子节点110b的发送器模块112发送信号时，信号通过第二扇出光总线121b的发送器段122发送，并且通过第二扇出光总线121b的一个或多个光波导130沿两个方向拆分，从而将信号传送到第二扇出光总线121b的接收器段124-128中的每个接收器段。另外，信号通过光纤带142被传送到其它电子节点110a、110c和110d中的每个，光纤带142将第二扇出光总线121b的接收器段124-128与其它电子节点110a、110c和110d的接收器模块114和116连接。在该示例中，例如，第二扇出光总线121b的发送器段122被配置为拆分信号，使得信号的三分之一导向接收器段124中的一个，并且信号的三分之二导向剩余的接收器段126和128。
尽管图1中示出了四个电子节点110a-110d以及四条扇出光总线121a-121d，但是应当清楚理解的是，电子系统100可以包括任意数量的电子节点110a-110d以及扇出光总线121a-121d，而不偏离本文公开的电子系统100的范围。因此，仅仅是电子节点110a-110d和扇出光总线121a-121d中的连接的物理限制限制了本文公开的电子系统100中的电子节点110a-110d的数量。
现在转到图2A和图2B，其图示出了根据实施例的电子系统200和250的简化立体图。应当理解的是，图2A和图2B中分别描绘的电子系统200和250可以包括另外的部件并且本文所描述的一些部件可被移除和/或修改，而不偏离电子系统200和250的范围。还应当理解的是，图2A和图2B中所描绘的部件不是按比例绘制的，并且因此，部件可具有与图中所示的不同的相对于彼此的相对尺寸。
图2A和图2B中分别描绘的电子系统200和250包括如上述针对图1所描绘的电子系统100相同的许多特征。因此，省略了具有与电子系统100中的相同的附图标记的电子系统200和250中的那些元件的详细讨论。而是，图1中的那些共同元件的讨论适用于图2A和图2B中的共同元件。
如图2A和图2B所示，扇出光总线阵列210和260均由多条扇出光总线212a-212d形成。图2B还描绘了具有额外的接收器模块219的电子节点110a-110d。每条扇出光总线212a-212d均包括发送器段214和多个接收器段216-222。另外，每个发送器段214被配置为通过相应的光纤带240-246将光信号传送到相应的扇出光总线212a-212d的接收器段216。因此，第一电子节点110a的发送器模块112与第一扇出光总线212a的发送器段214连接，并且发送器段214通过第一光纤带240与第一扇出光总线212a的第一接收器段216连接。
仍如图2A和图2B所示，每条扇出光总线212a-212d中的接收器段216-222通过一个或多个光波导230彼此连接。因此，例如，单个光波导230可将特定的扇出光总线212a的接收器段216-222互连。可选地，多个光波导230可将特定的扇出光总线212a的一个或多个接收器段212-222互连。在任一示例中，每条扇出光总线212a-212d中的接收器段212-222可相对于彼此布置在基本笔直的线上，以使光波导230能够具有基本笔直的配置。
在图2A中，在每条扇出光总线212a-212d中，存在不与电子节点110a-110d连接的接收器段。更特别地，在第一扇出光总线212a中，第一接收器段216不与第一电子节点110a中的接收器模块连接；在第二扇出光总线212b中，第二接收器段218不与第二电子节点110b中的接收器模块连接；在第三扇出光总线212c中，第三接收器段220不与第三电子节点110c中的接收器模块连接；以及在第四扇出光总线212d中，第四接收器段222不与第四电子节点110d中的接收器模块连接。每条扇出光总线212a-212d中不与电子节点110a-110d连接的接收器段216-222已由阴影表示，以将这些接收器段216-222与其它接收器段进一步区分开。在实施例中，从相应的扇出光总线212a-212d省略了不用于将扇出光总线212a-212d与相应的电子节点110a-110d连接的接收器段。
然而，在图2B中，每个接收器段216-222与电子节点110a-110d连接。
如图2A和图2B中进一步所示，每条扇出光总线212a-212d的发送器段214相对于每个接收器段216-222位于相同位置处。在这方面，从电子节点110a-110d的发送器模块112传送来的信号通过相应的扇出光总线212a-212d的发送器段214沿单一方向路由到接收器段216，并且因此，信号无需如图1所描绘的实施例中所需的那样进行拆分。因此，例如，传送到每个接收器段216-222且传送到电子节点110a-110d的接收器模块114-119上的信号的强度可保持在比电子系统100中能够达到的级别相对高的级别处。
尽管图2A和图2B中示出了四个电子节点110a-110d以及四条扇出光总线212a-212d，但应清楚地理解，电子系统200和250可包括任意数量的电子节点110a-110d和扇出光总线212a-212d，而不偏离本文公开的电子系统200和250的范围。因此，仅仅是电子节点110a-110d和扇出光总线212a-212d中的连接的物理限制可限制本文公开的电子系统200和250中的电子节点110a-110d的数量。
根据实施例，图1中的电子系统100中的各条扇出光总线121a-121d以及图2A和图2B中的电子系统200和250中的各条扇出光总线212a-212d中的接收器段216-222形成在多个波导上。因此，例如，第一扇出光总线121a包括与形成第二扇出光总线121b的波导分离的波导。在这方面，各条扇出光总线121a-121d、212a-212d的光波导130、230在任意点彼此不交叉。因此，各条扇出光总线121a-121d、212a-212d的光波导130、230可沿共同基板上的共同平面定位。
在另一示例中，两条以上的扇出光总线121a-121d以及两条以上的扇出光总线212a-212d的接收器段216-222形成在多层波导系统上，其中两条以上的扇出光总线121a-121d、212a-212d中的光波导（130，230）彼此交叉。根据两个示例实施例的多层波导系统300和400分别描绘于图3和图4中。
首先参照图3，多层波导系统300包括由发送器段（标记为“TX”）和多个接收器段（标记为“RX”）形成的多条扇出光总线302-308。另外，发送器段在每条扇出光总线302-308中相对于接收器段布置在相同位置处。尽管图3中未显示，但发送器段可与相应的发送器模块112连接，并且接收器段可以与上文参照图1所述的相似方式与电子节点110a-110d的相应的接收器模块114-118连接。
与图1中的扇出光总线121a-121d相比，扇出光总线302-308不是布置在相对笔直的线上。相反，每条扇出光总线302-308均包括由在一个或多个位置处彼此交叉的一个或多个段形成的光波导310-316。例如，第一扇出光总线302包括光波导310，该光波导310在一个位置处与第二扇出光总线304的光波导312以及在另一位置处与第三扇出光总线306的光波导314交叉。根据示例，第一扇出光总线302的光波导310和第二扇出光总线304的光波导312形成在共同的两层中空金属波导上。因此，例如，第一光波导310形成在共同的两层中空金属波导的第一层上，并且第二光波导312形成在共同的两层中空金属波导的第二层上。另外，第三光波导314和第四光波导316形成在另一共同的两层中空金属波导的分离的层上。
现参考图4，多层波导系统400包括由发送器段（标记为“TX”）和多个接收器段（标记为“RX”）形成的多条扇出光总线402-408。尽管图4中未示出，但发送器段可与相应的发送器模块112连接，并且接收器段可以与上述参照图1所述类似方式与电子节点110a-110d的相应接收器模块114-118连接。
与图1中的扇出光总线121a-121d相反，图4所描绘的扇出光总线402-408不布置在相对笔直的线上。相反，每条扇出光总线402-408均包括由在一个或多个位置处彼此交叉的一个或多个段形成的光波导410-416。例如，第一扇出光总线402包括在一个位置处与第二扇出光总线404的光波导412交叉的光波导410。另外，第三扇出光总线406包括在一个位置处与第四扇出光总线408的光波导416交叉的光波导414。根据示例，第一扇出光总线402的光波导410和第二扇出光总线404的光波导412形成在共同的两层中空金属波导上。因此，例如，第一光波导410形成在共同的两层中空金属波导的第一层上，并且第二光波导412形成在共同的两层中空金属波导的第二层上。另外，第三光波导414和第四光波导416形成在另一共同的两层中空金属波导的分离的层上。
因此，与图3中的多层波导系统300相比，图4中的多层波导系统400包括具有较少数量交叉的光波导410-416。
现在转向图5，该图示出了根据实施例的用于实现图1、图2A和图2B中描绘的电子系统100、200和250的方法500的流程图。应当理解的是，方法500可包括额外的步骤，并且本文描述的一些步骤可被去除和/或修改而不偏离方法500的范围。
在步骤502中，多个电子节点110a-110d相对于彼此定位。因此，例如，诸如服务器、计算刀片等的多个计算节点可布置在电子机柜中，使得计算节点可连接到共同的背板。在另一示例中，多个电子机柜可相对于彼此布置，使得其中所包含的计算节点可连接到共同的背板。
在步骤504中，多条扇出光总线121a-121d、212a-212d，302-308、402-408相对于多个电子节点110a-110d定位。因此，例如，扇出光总线121a-121d、212a-212d，302-308、402-408可定位为电子节点110a-110d的背板。
在步骤506中，电子节点110a-110d的发送器模块112通过相应的光纤带140连接到扇出光总线121a-121d、212a-212d，302-308、402-408的发送器段122、214。
在步骤508中，电子节点110a-110d的接收器模块114-118通过相应的光纤带142连接到扇出光总线121a-121d、212a-212d，302-308、402-408的接收器段224-228。
在步骤510中，扇出光总线212a-212d，302-308、402-408的发送器段222通过相应的光纤带240-246与相应扇出光总线的接收器段216连接。步骤510被视为任选的，因为该步骤不应用于图1所示的电子系统100。
通过本文公开的系统和方法的实现，每个电子节点均设有其自身专用的扇出光总线，光信号通过所述专用扇出光总线发送到与扇出光总线连接的所有电子节点，这允许电子节点之间的全面连接。另外，扇出光总线被布置为具有相对笔直的波导段，由此使能通过扇出光总线传送相对强的光信号并且易于制造扇出光总线。而且，因为电子节点具有共同的配置，所以电子节点可以任意次序布置在电子机架中，并且避免与获得具有不同配置的电子节点相关联的成本。
本文描述和图示的是实施例连同其一些变型例。本文所使用的术语、描述和附图仅通过示例说明的方式阐述而不意在限制。本领域技术技术人员将认识到，在旨在由随后的权利要求书及其等同方案限定的主旨的精神和范围内可具有多个变型例，其中除非另外指出，否则所有的术语应在其最宽泛合理意义上进行解释。

Claims (15)

1.一种电子系统(100，200，250)，包括：
多个电子节点(110a-110d)，每个所述电子节点均包括发送器模块(112)和多个接收器模块(114-118)，其中所述发送器模块(112)在每个所述电子节点中相对于所述接收器模块(114-118)位于相同位置处；以及
多条扇出光总线(121a-121d，212a-212d，302-308，402-408)，每条扇出光总线包括发送器段(122，214)、多个接收器段(124-128，216-222)、以及在所述多个接收器段之间延伸的至少一个笔直的光波导(130，230)，其中每个发送器段(122，214)与所述电子节点(110a-110d)中的相应一个的发送器模块(112)光学连接，并且其中每条所述扇出光总线的所述接收器段与所述电子节点的所述接收器模块(114a-118)中的相应接收器模块连接，以使每个所述电子节点能够通过多条扇出光总线与所述电子节点中的其它电子节点中的每个直接通信。
2.根据权利要求1所述的电子系统(100，200，250)，其中所述扇出光总线(121a-121d，212a-212d，302-308，402-408)中的至少一条由多个重叠波导(300，400)构成，其中所述重叠波导使至少两条扇出光总线的所述发送器段(112，214)能够在其相应扇出光总线中相对于所述接收器段(124-128，216-222)位于相同位置处。
3.根据权利要求1所述的电子系统(100，200，250)，其中所述多条扇出光总线(121a-121d、212a-212d、302-308、402-408)的所述发送器段(122，214)通过相应的光纤带(140)连接到所述多个电子节点(110a-110d)的相应发送器模块(112)，并且其中，所述多条扇出光总线的所述多个接收器段(124-128，216-222)通过相应的光纤带(142)连接到所述多个电子节点的相应接收器模块(114-118)。
4.根据权利要求1所述的电子系统(200，250)，其中所述发送器段(214)在所述多条扇出光总线(212a-212d、302-308、402-408)中的每条中相对于所述多个接收器段(216-222)位于相同位置处。
5.根据权利要求4所述的电子系统(200，250)，其中，在所述多条扇出光总线的每条中，所述发送器段(214)通过光纤带(240-246)光学连接到所述多个接收器段(216)中的一个。
6.根据权利要求4所述的电子系统(200，250)，其中，所述多条扇出光总线(212a-212d、302-308、402-408)中的每条均包括第一端和第二端，并且其中，每个所述发送器段(214)均位于所述多条光总线中的每条的所述第一端附近，使得来自所述发送器段的光信号沿着所述多条扇出光总线中的每条在单一方向上传送到所述多个接收器段(216-222)中的每个。
7.根据权利要求1所述的电子系统(100)，其中所述发送器段(122)在所述多条扇出光总线(121a-121d，302-308，402-408)中的每条中相对于所述多个接收器段(124-128)位于不同位置处。
8.根据权利要求7所述的电子系统(100)，其中，在所述多条扇出光总线(121a-121d，302-308，402-408)中的每条中，所述发送器段(122)通过所述至少一个笔直的光波导(130)连接到所述多个接收器段(124-128)。
9.根据权利要求7所述的电子系统(100)，其中，所述多条扇出光总线(121a-121d，302-308，402-408)的每个所述笔直的波导(130)沿笔直的线路从所述多条扇出光总线中的每条的一端延伸至另一端。
10.根据权利要求1所述的电子系统(100，200，250)，其中所述多个电子节点(110a-110d)包括多个计算机。
11.根据权利要求1所述的电子系统(100，200，250)，其中所述多个电子节点(110a-110d)包括多个电子机柜。
12.根据权利要求1所述的电子系统(100，200，250)，其中所述多个电子节点(110a-110d)包括彼此同等配置的电子部件。
13.一种用于实现权利要求1所述的电子系统(100，200，250)的方法(500)，所述方法包括：
将多个电子节点(110a-110d)相对于彼此定位(502)；
将多条扇出光总线(121a-121d，212a-212d，302-308，402-408)相对于所述多个电子节点定位(504)；以及
通过相应的光纤带(140)，将所述多个电子节点中的每个的发送器模块(112)与相应的扇出光总线的发送器段(122，214)连接(506)。
14.根据权利要求13所述的方法(500)，还包括：
通过相应的光纤带(142)，将所述多个电子节点(110a-110d)中的每个的接收器模块(114-118)与相应的扇出光总线(121a-121d，212a-212d，302-308，402-408)的接收器段(124-128，216-222)连接(508)。
15.根据权利要求13所述的方法(500)，还包括：
通过相应的光纤带(240-246)，将每条所述扇出光总线(212a-212d，302-308，402-408)的发送器段(214)与相应的扇出光总线的接收器段(216)连接(510)。
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