DE102022204885A1

DE102022204885A1 - Hybride optoelektrische schalter

Info

Publication number: DE102022204885A1
Application number: DE102022204885.7A
Authority: DE
Inventors: Ioannis (Giannis) Patronas; Paraskevas BAKOPOULOS; Elad Mentovich; Barak Gafni; Adam V. Richards
Original assignee: Mellanox Technologies Ltd
Current assignee: Mellanox Technologies Ltd
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-11-24
Also published as: CN115378886A; CN115378886B

Abstract

Eine Vorrichtung für einen Netzwerk-Switch umfasst N Eingangsports und einen elektrischen Block mit einer Vielzahl von elektrischen Schaltern, die so konfiguriert sind, dass sie Signale in einer elektrischen Domäne weiterleiten. Jeder elektrische Schalter umfasst M Eingangsports, und die Vorrichtung umfasst ferner einen optischen Block, der mit dem elektrischen Block gekoppelt ist. Der optische Block ist so konfiguriert, dass er Signale in einer optischen Domäne weiterleitet. Eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks beruhen auf mindestens einer Anzahl der N Eingangsports.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorzug der griechischen Patentanmeldung Nr. 20210100334 , die am 19. Mai 2021 eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in vollem Umfang enthalten ist.
BEREICH DER OFFENLEGUNG
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich allgemein auf hybride optoelektrische Schalter und insbesondere auf hybride optoelektrische Schalter für Netzwerksysteme.
HINTERGRUND
Rechenzentren können mehrere Netzwerk-Switches (auch Schalter für Switch) in einer bestimmten Topologie umfassen, wie z. B. eine Fat-Tree-Topologie, eine Slim-Fly-Topologie, eine Libellen-Topologie und/oder Ähnliches. Die Spezifikationen und der Aufbau der Netzwerk-Switches in der Topologie wirken sich auf die gesamte Netzwerkleistung (z. B. die Bandbreitenfähigkeit) des Rechenzentrums aus.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert. Zur Veranschaulichung der Erfindung werden hier Aspekte und Ausführungsformen beschrieben, die in den Anwendungsbereich der Ansprüche fallen können oder auch nicht.
In einer illustrativen Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung für einen Netzwerk-Switch N Eingangsports, einen elektrischen Block mit einer Vielzahl von elektrischen Schaltern, die so konfiguriert sind, dass sie Signale in einer elektrischen Domäne leiten. Jeder elektrische Schalter umfasst M Eingangsports, und die Vorrichtung umfasst ferner einen optischen Block, der mit dem elektrischen Block gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne weiterleitet. Eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks beruhen auf mindestens einer Anzahl der N Eingangsports.
Die Konfiguration des optischen Blocks kann sich auf eine Anzahl von Eingangsports eines optischen Schalters im optischen Block und eine Anzahl von Ausgangsports des optischen Schalters beziehen. Die Konfiguration des elektrischen Blocks kann sich auf eine Anzahl von mehreren elektrischen Schaltern beziehen, und wobei M kleiner als N ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Anzahl der elektrischen Schalter N/M. In anderen Ausführungsformen ist die Anzahl der mehreren elektrischen Schalter 2*N/M.
Die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters können beide gleich N sein.
In einigen Ausführungsformen sind die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich N/M, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M ist. In anderen Ausführungsformen sind die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich 2*N/M, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M/2 ist.
Die Vorrichtung kann ferner ein Substrat umfassen, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports und die Ausgangsports des optischen Schalters den Ausgangsports eines elektrischen Schalters aus der Vielzahl der elektrischen Schalter gegenüberliegen.
Die Vorrichtung kann ferner ein Substrat umfassen, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports des optischen Schalters den Ausgangsports eines ersten elektrischen Schalters aus der Vielzahl der elektrischen Schalter gegenüberliegen. In diesem Fall dürfen die Ausgangsports des optischen Schalters nicht den Ausgangsports des ersten elektrischen Schalters gegenüberliegen.
Die Vorrichtung kann ferner ein Substrat umfassen, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports des optischen Schalters den Ausgangsports der mehreren elektrischen Schalter gegenüberliegen.
Die Vorrichtung kann ferner ein Substrat umfassen, wobei der elektrische Block und der optische Block gemeinsam auf dem Substrat untergebracht sind.
Der optische Block kann so konfiguriert sein, dass er Signale zwischen den mehreren elektrischen Schaltern in der optischen Domäne leitet und ein Paket durch einen ausgewählten optischen Schalter des optischen Blocks leitet, wobei der ausgewählte optische Schalter auf der Grundlage einer Quelle des Pakets und eines Ziels des Pakets ausgewählt wird.
In einer anderen illustrativen Ausführungsform umfasst ein Halbleiterpaket ein Substrat, N Eingangsports und einen elektrischen Block auf dem Substrat, der so konfiguriert ist, dass er Signale in einer elektrischen Domäne leitet. Der elektrische Block enthält eine Vielzahl von elektrischen Schaltern, und jeder elektrische Schalter enthält M Eingangsports. Das Halbleiterpaket umfasst ferner einen optischen Block auf dem Substrat, der kommunikativ mit dem elektrischen Block gekoppelt ist, wobei der optische Block so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne leitet. Eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks beruhen auf mindestens einer Anzahl der N Eingangsports.
In einer anderen illustrativen Ausführungsform umfasst ein System eine Vielzahl von Netzwerkgeräten, die in einer hierarchischen Netzwerktopologie konfiguriert sind. Mindestens eines der Netzwerkgeräte umfasst N Eingangsports und einen elektrischen Block, der mit den N Eingangsports gekoppelt ist und eine Vielzahl von Schaltern umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie Signale in einer elektrischen Domäne weiterleiten, wobei jeder Schalter M Eingangsports umfasst. Das mindestens eine der Netzwerkgeräte umfasst ferner einen optischen Block, der mit dem elektrischen Block gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne weiterleitet. Eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks basieren auf einer Anzahl der N Eingangsports und einer Anzahl der M Eingangsports.
Jedes Merkmal eines Aspekts oder einer Ausführungsform kann auf andere Aspekte oder Ausführungsformen angewandt werden, und zwar in jeder geeigneten Kombination. Insbesondere kann jedes Merkmal eines Verfahrensaspekts oder einer -ausführungsform auf einen Geräteaspekt oder eine -ausführungsform angewandt werden und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile werden hier beschrieben und sind aus der folgenden Beschreibung und den Figuren ersichtlich.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird in Verbindung mit den beigefügten Figuren beschrieben, die nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind:

1 zeigt ein Blockdiagramm eines Netzwerksystems gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine Netztopologie, die gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel hybride optoelektrische Schalter verwenden kann;
3 zeigt eine weitere Netztopologie, die gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel hybride optoelektrische Schalter verwenden kann;
4 zeigt eine weitere Netzwerktopologie, die gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel hybride optoelektrische Schalter verwenden kann;
5 zeigt einen hybriden optoelektrischen Schalter gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel;
6 zeigt einen weiteren hybriden optoelektrischen Schalter gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel;
7 zeigt einen weiteren hybriden optoelektrischen Schalter gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel; und
8 zeigt einen weiteren hybriden optoelektrischen Schalter gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende Beschreibung enthält lediglich Ausführungsbeispiele und soll den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Ansprüche nicht einschränken. Vielmehr soll die nachfolgende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Umsetzung der beschriebenen Ausführungsformen geben. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Aus der folgenden Beschreibung und aus Gründen der Recheneffizienz wird deutlich, dass die Komponenten des Systems an jedem geeigneten Ort innerhalb eines verteilten Netzwerks von Komponenten angeordnet werden können, ohne dass dies Auswirkungen auf den Betrieb des Systems hat.
Darüber hinaus kann es sich bei den verschiedenen Verbindungen, die die Elemente miteinander verbinden, um verdrahtete, leitungsgebundene oder drahtlose Verbindungen oder um eine beliebige Kombination davon oder um jedes andere geeignete bekannte oder später entwickelte Element handeln, das in der Lage ist, Daten an die und von den verbundenen Elementen zu liefern und/oder zu übermitteln. Als Übertragungsmedien können beispielsweise alle geeigneten Träger für elektrische Signale verwendet werden, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfasern, elektrische Leiterbahnen auf einer Leiterplatte oder ähnliches.
Die hier verwendeten Ausdrücke „mindestens eines“, „eines oder mehrere“, „oder“ und „und/oder“ sind unbestimmte Ausdrücke, die sowohl konjunktiv als auch disjunktiv verwendet werden können. Zum Beispiel bedeutet jeder der Ausdrücke „mindestens eines von A, B und C“, „mindestens eines von A, B oder C“, „eines oder mehrere von A, B und C“, „eines oder mehrere von A, B oder C“, „A, B und/oder C“ und „A, B oder C“ A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen oder A, B und C zusammen.
Die Begriffe „ermitteln“ und „berechnen“ sowie deren Abwandlungen werden hier austauschbar verwendet und schließen jede geeignete Art von Methodik, Prozess, Vorgang oder Technik ein.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden hier unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben, die schematische Darstellungen von idealisierten Konfigurationen sein können.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird. Es versteht sich ferner, dass Begriffe, wie sie in allgemein gebräuchlichen Wörterbüchern definiert sind, so ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Zusammenhang mit dem relevanten Stand der Technik und dieser Offenbarung übereinstimmt.
Die hier verwendeten Singularformen „ein“ und „die“ schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „einschließen“, „einschließlich“, „beinhaltet“, „umfassen“, „umfasst“ und/oder „enthaltend“, wenn sie in dieser Spezifikation verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Der Begriff „und/oder“ schließt alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgeführten Punkte ein.
Rechenzentren sind die Speicher- und Datenverarbeitungszentren des Internets. Der massive Einsatz von Cloud-Anwendungen führt dazu, dass Rechenzentren exponentiell an Größe zunehmen, was die Entwicklung schnellerer Switches (oder, mit anderen Worten, Schaltern) fördert, die den zunehmenden Datenverkehr innerhalb des Rechenzentrums bewältigen können. Die derzeit modernsten Switches sind in der Lage, einen Datenverkehr von 12,8 Tb/s zu bewältigen, indem sie elektrische Switches in Form von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs) einsetzen, die mit 256 Datenkanälen ausgestattet sind und jeweils mit 50 Gbit/s arbeiten. Solche Switching-ASICs verbrauchen in der Regel bis zu 400 W, und der Stromverbrauch der an jeden ASIC angeschlossenen optischen Transceiver-Schnittstellen ist vergleichbar. Um mit der Verkehrsnachfrage Schritt zu halten, verdoppelt sich die Switch-Kapazität etwa alle zwei Jahre. Bislang wurde diese schnelle Skalierung durch die Nutzung von Fortschritten bei der Herstellung (z. B. CMOS-Techniken) ermöglicht, die durch das Mooresche Gesetz beschrieben werden (d. h. die Beobachtung, dass sich die Anzahl der Transistoren in einem dichten integrierten Schaltkreis etwa alle zwei Jahre verdoppelt). In den letzten Jahren gibt es jedoch deutliche Anzeichen für eine Verlangsamung des Mooreschen Gesetzes, was Bedenken hinsichtlich der Fähigkeit aufkommen lässt, die angestrebte Skalierungsrate der Schaltkapazität aufrechtzuerhalten. Infolgedessen werden alternative Technologien untersucht.
Optische Schalter sind eine Lösung, die Fortschritte bei der Vernetzung ermöglicht, da die Technologie eine sehr hohe Datenkapazität und einen geringen Stromverbrauch bietet. Optische Schalter verfügen über optische Eingangs- und Ausgangsports und sind in der Lage, Licht, das in die Eingangsports eingekoppelt wird, bei Bedarf entsprechend einem oder mehreren Steuersignalen (elektrische oder optische Steuersignale) zu den vorgesehenen Ausgangsports zu leiten. Die Weiterleitung der Signale erfolgt in der optischen Domäne, d. h. ohne optischelektrische und elektrisch-optische Umwandlung, so dass keine stromverbrauchenden Transceiver erforderlich sind. Die Verarbeitung von Headern (Kopfzeilen) und die Zwischenspeicherung (Buffering) von Daten ist in der optischen Domäne nicht möglich, so dass die Paketvermittlung (wie sie in elektrischen Schaltern realisiert wird) nicht eingesetzt werden kann. Stattdessen wird das Paradigma der Leitungsvermittlung verwendet: Für die Kommunikation zwischen zwei Endpunkten, die am Eingang und am Ausgang des optischen Schalters angeschlossen sind, wird ein durchgehender Schaltkreis erstellt.
In den erfindungsgemäßen Konzepten wird ein hybrides optisches/elektrisches (oder optoelektrisches) Vermittlungssystem vorgeschlagen, das die Form einer integrierten Box oder eines Gehäuses mit elektrischen und optischen Schaltern annehmen kann. In Ausführungsbeispielen kann der hybride Switch für Chassis-Switching-Systeme (z. B. Director-Switches) verwendet werden, in die Switching-ASICs als Blades/Line-Cards eingesetzt werden. Director-Switches können in den gebräuchlichsten Datacenter-Verbindungstopologien eingesetzt werden, z. B. Fat Trees, Slim Fly und Dragonfly+). Darüber hinaus wird in erfinderischen Konzepten vorgeschlagen, solche hybriden Vermittlungssysteme „in der Mitte“ des Netzes zu platzieren (z. B. als Ersatz für die Edge/Top of Rack (TOR)-Schicht und die Aggregationsschicht).
Die erfindungsgemäßen Konzepte umfassen mindestens die folgenden Merkmale: Bereitstellung eines „Hybrid-Switches in einer Box“; Erleichterung der Skalierbarkeit von Director-Switches und Rechenzentrumsnetzwerken; Verringerung des Stromverbrauchs von Director-Switches/Switching-Systemen; Bereitstellung einer direkten Anwendung für Bandbreitensteuerungskonzepte; Bereitstellung einer bequemeren und effizienteren Steuerung der optischen Switches bzw. Schalter; Ermöglichung der Skalierung der Anzahl der Top-of-Rack-Switch-Ports (ToR); Zukunftssicherheit durch Bereitstellung von Bandbreite und höheren Raten auf der Backplane und durch Verringerung der optischen/elektrischen/optischen Umwandlungen; und Verringerung der Verkabelung.
1 zeigt ein System 100 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel. Das System 100 umfasst ein Rechenzentrum 104, ein Kommunikationsnetz 108 und ein oder mehrere Netzwerkgeräte 112. In mindestens einem Ausführungsbeispiel entspricht das Rechenzentrum 104 einer Sammlung von Netzwerkgeräten, wie Netzwerk-Switches (z. B. Ethernet-Switches), die mit einer Sammlung von Servern oder Rechenknoten verbunden sind. Das Rechenzentrum 104 kann einer Netzwerktopologie entsprechen (z. B. einer hierarchischen Netzwerktopologie), wie z. B. einer Fat-Tree-Topologie, einer Slim-Fly-Topologie, einer Dragonfly-Topologie und/oder dergleichen. Das Rechenzentrum 104 leitet den Verkehr zwischen den darin befindlichen Netzwerk-Switches und Servern, und mindestens eine Schicht der Topologie im Rechenzentrum 104 ist mit dem Kommunikationsnetz 108 verbunden, damit der Netzwerkverkehr zwischen dem Rechenzentrum 104 und dem/den Netzwerkgerät(en) 112 fließen kann. Wie im Folgenden näher beschrieben, können eine oder mehrere Schichten der Topologie einen oder mehrere hybride optoelektrische Switches gemäß den erfindungsgemäßen Konzepten umfassen.
Zu den Beispielen für das Kommunikationsnetz 108, das zur Verbindung des Rechenzentrums 104 und des/der Netzgeräts/Netzgeräte 112 verwendet werden kann, gehören ein Internetprotokoll (IP)-Netz, ein Ethernet-Netz, ein InfiniBand (IB)-Netz, ein Fibre-Channel-Netz, das Internet, ein zellulares Kommunikationsnetz, ein drahtloses Kommunikationsnetz, Kombinationen davon (z. B. Fibre Channel over Ethernet), Varianten davon und/oder Ähnliches.
Das eine oder die mehreren Netzwerkgeräte 112 können einen oder mehrere Personal Computer (PC), einen Laptop, ein Tablet, ein Smartphone, einen Server, eine Sammlung von Servern und/oder ein beliebiges geeignetes Computergerät zum Senden und Empfangen von Signalen über das Kommunikationsnetz 108 umfassen. In mindestens einem Ausführungsbeispiel entsprechen das eine oder die mehreren Netzwerkgeräte 112 einem anderen Rechenzentrum, das dem Rechenzentrum 104 ähnlich oder gleich ist.
Wie bereits erwähnt, können das Rechenzentrum 104 und/oder das/die Netzwerkgerät(e) 112 Speichergeräte und/oder Verarbeitungsschaltkreise zur Durchführung von Rechenaufgaben enthalten, z. B. Aufgaben im Zusammenhang mit der Steuerung des Datenflusses intern und/oder über das Kommunikationsnetz 108. Solche Verarbeitungsschaltungen können aus Software, Hardware oder einer Kombination davon bestehen. Die Verarbeitungsschaltung kann beispielsweise einen Speicher mit ausführbaren Anweisungen und einen Prozessor (z. B. einen Mikroprozessor) umfassen, der die Anweisungen im Speicher ausführt. Der Speicher kann jedem geeigneten Typ von Speichervorrichtung oder einer Sammlung von Speichervorrichtungen entsprechen, die zum Speichern von Anweisungen konfiguriert sind. Nicht einschränkende Beispiele für geeignete Speichervorrichtungen, die verwendet werden können, sind Flash-Speicher, Random Access Memory (RAM), Read Only Memory (ROM), Varianten davon, Kombinationen davon oder ähnliches. In einigen Ausführungsformen können der Speicher und der Prozessor in ein gemeinsames Gerät integriert sein (z. B. kann ein Mikroprozessor einen integrierten Speicher enthalten). Zusätzlich oder alternativ kann die Verarbeitungsschaltung aus Hardware bestehen, z. B. aus einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC). Andere, nicht einschränkende Beispiele für die Verarbeitungsschaltung sind ein IC-Chip (Integrated Circuit), eine CPU (Central Processing Unit), eine GPU (Graphics Processing Unit), ein Mikroprozessor, ein FPGA (Field Programmable Gate Array), eine Sammlung von Logikgattern oder Transistoren, Widerständen, Kondensatoren, Induktoren, Dioden oder Ähnliches. Einige oder alle Verarbeitungsschaltungen können auf einer gedruckten Schaltung bzw. Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) oder einer Sammlung von PCBs untergebracht werden. Es ist zu verstehen, dass jede geeignete Art von elektrischem Bauteil oder jede Sammlung von elektrischen Bauteilen für die Aufnahme in die Verarbeitungsschaltung geeignet ist.
Obwohl nicht explizit dargestellt, sollte man sich darüber hinaus darüber im Klaren sein, dass das Datenzentrum 104 und das/die Netzwerkgerät(e) 112 eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen zur Erleichterung der drahtgebundenen und/oder drahtlosen Kommunikation untereinander und mit anderen nicht dargestellten Elementen des Systems 100 umfassen können.
In den 2 bis 4 sind verschiedene Beispiele für Topologien für ein Rechenzentrum gemäß Ausführungsbeispielen dargestellt. Wie im Folgenden näher erläutert, können hybride optoelektrische Schalter gemäß den Ausführungsbeispielen verwendet werden, um elektrische Schalter in verschiedenen Schichten innerhalb der dargestellten Topologien zu ersetzen.
2 zeigt eine Topologie 200, die hybride optoelektrische Switches verwenden kann. Die Topologie 200 entspricht einer Fat-Tree-Topologie mit mehreren Vermittlungsschichten zur Unterstützung einer großen Anzahl von Servern. In 2 umfasst die Fat-Tree-Topologie 200 drei Schichten: die Randschicht (die ToR-Switches umfasst), die Aggregationsschicht und die Kernschicht. Der Verkehr von den Servern wird auf der Edge-Schicht aggregiert (Server und Server-Racks sind nicht dargestellt, aber im Allgemeinen mit der Edge-Schicht am unteren Ende der dargestellten Edge-Schicht verbunden). In 2 ermöglichen die Aggregations- und die Kernschicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Racks.
In 2 kann jedes dargestellte Kästchen (z. B. Spine 1, Spine 2, Aggregation 1, Aggregation 2 usw.) einem Gerät entsprechen, das ein elektrisches Schaltgerät enthält (z. B. einen elektrischen Schalt-ASIC). In verwandten Systemen des Standes der Technik kann eine Fat-Tree-Topologie auf allen Ebenen (Edge, Aggregation, Core) die gleichen elektrischen Vermittlungsgeräte verwenden. Beispielsweise kann jede Vermittlungseinrichtung ein 1U-Switch sein, wobei 1U die Industriestandardgröße für rackmontierte Switches und/oder Server ist. Die Verbindung zwischen den Switches verschiedener Schichten kann über optische Verbindungen mit aktiven optischen Kabeln und optischen Transceivern in einem steckbaren Formfaktor (auch als „Pluggables“ bezeichnet) erfolgen.
In mindestens einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, die Fat-Tree-Topologie 200 zu modifizieren, indem die Edge-Layer-Switches und Aggregation-Layer-Switches durch hybride optoelektrische Switches ersetzt werden, während die Core-Layer-Switches (Spine 1 bis 4) elektrisch bleiben. Das heißt, wie auf der rechten Seite der Figur gezeigt, kann ein hybrider optoelektrischer Schalter gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept einen ganzen Pod elektrischer Schalter ersetzen. Im Allgemeinen sollte ein Pod, der auch als Übergabepunkt bezeichnet wird, als eine Sammlung von Netzwerkelementen (z. B. Switches und/oder Server) verstanden werden, die für die betreffende Topologie wiederholbar ist. Der hybride optoelektrische Switch kann die gleiche Anzahl elektrischer Switches auf der Randschicht enthalten wie in einem Szenario ohne hybriden optoelektrischen Switch, aber die elektrischen Switches sind in dem hybriden optoelektrischen Switch mit optischen Switches integriert, wie in 2 ganz rechts dargestellt. Wie für den hybriden optoelektrischen Schalter gezeigt, können die elektrischen Schalter der Aggregationsschicht durch optische Schalter ersetzt werden, die in einem hybriden optoelektrischen Schalter in die elektrischen Schalter der Randschicht integriert sind. Obwohl auf der Randschicht weiterhin elektrische Schalt-ASICs vorhanden sind, werden diese elektrischen Schalter zusammen mit den optischen Schaltern in einem einzigen Gehäuse untergebracht, was einen geringeren Stromverbrauch, hohe Geschwindigkeiten, Effizienz und/oder Signalqualität ermöglicht.
3 zeigt eine Topologie 300, die hybride optoelektrische Schalter verwenden kann. Zum Beispiel werden in mindestens einem Ausführungsbeispiel die dargestellten Direktorenschalter durch hybride optoelektrische Schalter ersetzt (siehe ganz rechts in der Figur). Ohne die Modifikation der hybriden optoelektrischen Switches zeigt 3 einen alternativen Ansatz für die Kern- und Aggregationsschichten in 2, indem ein modulares Chassis oder ein modulares Switching-System verwendet wird. Das heißt, die in 3 gezeigte Topologie ist immer noch eine Fat-Tree-Topologie wie in 2, aber die Kern- und Aggregationsschicht sind in ein einziges Gerät (den Director-Switch oder Direktorenschalter) integriert, das eine Backplane für die Schichtverbindungen bereitstellt. Ein modulares Chassis-Switching-System kann einige der Nachteile vermeiden, die mit stromverbrauchenden Steckern und den damit verbundenen Umwandlungen von optisch zu elektrisch zu optisch (O/E/O) verbunden sind.
Darüber hinaus kann ein modulares Chassissystem die Overheads besser verteilen. Ohne die Modifikation der hybriden optoelektrischen Switches können die Director-Switches die gleiche Anzahl elektrischer Switching-ASICs enthalten wie die Aggregations- und Core-Layer der nicht modifizierten Topologie in 2. Darüber hinaus bieten die Director-Switches die gleiche oder eine ähnliche Konnektivität innerhalb der Aggregations- und Core-Ebene wie in 2, aber anstelle von Pluggables und Glasfasern zur Verbindung der Aggregations- und Core-Ebene verwenden die Director-Switches eine elektrische Backplane. Die Anzahl der Ports für ein modulares Gehäusesystem in der Topologie 300 kann zwischen 800 und 1600 liegen, und ein Beispiel für einen Formfaktor für die Topologie 300 ist 29U.
Wie bereits erwähnt, wird in den erfindungsgemäßen Konzepten vorgeschlagen, die Director-Switches in der Topologie 300 durch hybride optoelektrische Switches zu ersetzen, was gegenüber der gleichen Topologie, die nur Director-Switches verwendet, gewisse Vorteile mit sich bringt. So sollte beispielsweise mit zunehmender Bandbreite der Server auch die Bandbreite der elektrischen Switches steigen. Für Director-Switches bedeutet dies, dass mehr elektrische Switching-ASICs verwendet werden sollten und dass jeder ASIC eine höhere Bandbreite unterstützen sollte, was beides zu höheren Kosten und einem höheren Stromverbrauch führt. Darüber hinaus ist es möglich, dass die elektrische Backplane eines Director Switches aufgrund von Signalverschlechterungseffekten nicht in der Lage ist, höhere Datenraten zu unterstützen. Durch den Ersatz der Director-Switches in 3 durch hybride optoelektrische Switches in der Topologie 300 kann das zusätzliche O/E/O vermieden werden, das auftritt, wenn die Backplane optisch wird, und dennoch eine ausreichende Bandbreite bereitgestellt wird.
4 zeigt eine weitere Topologie 400, die gemäß Ausführungsbeispielen hybride optoelektrische Schalter verwenden kann.
4 zeigt eine Topologie 400, die ein Bandbreitensteuerungsschema ermöglicht, bei dem optische Silizium-Photonik-Schaltkreise (SiP OCS) verwendet werden können, um die Bandbreite über relativ lange Zeiträume durch langsame Rekonfiguration auf die entsprechenden ToR-Switches zu verteilen. Auf diese Weise wird die Bandbreite, die die höheren Schichten des Netzes erreicht, im Vergleich zu den unteren Schichten des Netzes verjüngt. Die in 4 dargestellten elektrischen Paketvermittler können elektrischen Vermittlungs-ASICs entsprechen. Wie in 4 dargestellt, kann die Topologie 400 geändert werden, indem die ToR- und SiP-OCS-Switches durch einen hybriden optischen elektrischen Switch ersetzt werden, wobei die Fähigkeit zur Bandbreitensteuerung erhalten bleibt (siehe ganz rechts in der Figur). In einem anderen Beispiel kann der hybride optoelektrische Switch jeden Pod ersetzen, um eine Ein-Geräte-Lösung für die ToR- und Aggregationsschicht anzubieten. Dies ist in 4 mit Pod 3 dargestellt, der die ToR-Switches, die optischen SiP OCS-Switches und die Aggregationsschicht-Switches enthält.
Der hybride optoelektrische Schalter in den 5-8 kann mit Silizium-Photonik realisiert werden. Das heißt, die in den 5-8 dargestellten elektrischen und/oder optischen Schalter können in und/oder auf einem Silizium-Wafer in Übereinstimmung mit geeigneten Silizium-Photonik-Techniken gebildet werden. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht auf die Implementierung eines hybriden optoelektrischen Schalters mit Silizium-Photonik-Technologie beschränkt, und die hier beschriebenen hybriden optoelektrischen Schalter können mit jeder geeigneten Technologie implementiert werden.
Obwohl die 2 bis 4 spezifische Beispiele dafür zeigen, wo hybride optoelektrische Schalter (z. B. hybride optoelektrische Schalter gemäß den 5 bis 8) innerhalb einer bestimmten Topologie platziert werden können, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die Ausführungsbeispiele nicht darauf beschränkt sind und dass ein hybrider optoelektrischer Schalter auf jeder geeigneten Ebene jeder geeigneten Topologie eines Rechenzentrums eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist zu beachten, dass, obwohl die 2 bis 4 den Austausch eines hybriden optoelektrischen Schalters für einen bestimmten Pod oder bestimmte Schalter zeigen, der Austausch in der gesamten Topologie durchgeführt werden kann. Zum Beispiel wird die Topologie 200 so modifiziert, dass hybride optoelektrische Schalter für jeden Pod in der Topologie verwendet werden und nicht nur für den Pod ganz rechts, wie dargestellt. Das gleiche Konzept gilt für die Topologien 300 und 400 in den 3 und 4, bei denen hybride optische Schalter eine oder mehrere Schichten einer Topologie in der gesamten Topologie ersetzen.
In den 5-8 sind verschiedene Beispiele für hybride optoelektrische Schalter gemäß Ausführungsbeispielen dargestellt. In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe „elektrischer Schalter“, „elektrischer Schalt-ASIC“, „ASIC“ und Varianten davon austauschbar verwendet. Obwohl in den 5-8 die elektrischen Schalter in den elektrischen Blöcken als ASICs dargestellt sind, sind die Ausführungsbeispiele nicht darauf beschränkt, und die elektrischen Schalter können mit jeder geeigneten Hardware und/oder Software implementiert werden, die das Routing von Signalen in der elektrischen Domäne ermöglicht. Darüber hinaus kann eine Gruppe von optischen Schaltern auf einer oder mehreren Ebenen eines optoelektrischen Hybridschalters hier als optischer Block bezeichnet werden, während eine Gruppe von elektrischen Schaltern auf einer oder mehreren Ebenen eines optoelektrischen Hybridschalters als elektrischer Block bezeichnet werden kann.
Jeder der in den 5-8 dargestellten hybriden optoelektrischen Switches ersetzt zumindest einige der elektrischen Schalt-ASICs einer typischen Netzwerk-Switch-Topologie durch optische Switches. Dabei ist zu beachten, dass die hybriden optoelektrischen Switches in den 5-8 jeweils einer Netzwerkeinheit im Rechenzentrum 104 entsprechen können, die ein in einem Gestell montiertes Gehäuse mit einer Leiterplatte (PCB) mit diskreten elektronischen und photonischen Komponenten oder gemeinsam verpackten elektronischen und photonischen Komponenten unter Verwendung bekannter Paketkonzepte (z. B. Onboard-Optik, MCM (Multi-Chip-Module) und/oder ähnliches) enthalten kann. In mindestens einem Ausführungsbeispiel umfasst ein hybrider optoelektrischer Schalter die elektrischen Schalter (ASICs) und die optischen Schalter in einem gemeinsamen Gehäuse. Das heißt, die dargestellten ASICs und optischen Schalter können auf derselben Leiterplatte (oder auf demselben Siliziumwafer) montiert und über geeignete Vorrichtungen für die optische und/oder elektrische Kommunikation (z. B. Wellenleiter (z. B. Siliziumwellenleiter) für die optische Kommunikation und Kupferbahnen für die elektrische Kommunikation) miteinander gekoppelt werden. Die in den 5 bis 8 vorgeschlagenen Designs können in einer oder mehreren der in den 2 bis 4 dargestellten Topologien eingesetzt werden und je nach den Anforderungen des Gesamtsystems eine breite Palette unterschiedlicher Fähigkeiten und Funktionalitäten bieten.
Im Allgemeinen entsprechen die in den 5-8 dargestellten ASICs elektrischen Schaltern, die Signale in einer elektrischen Domäne weiterleiten, während die in den 5-8 dargestellten optischen Schalter (manchmal als „Opt. Sw.“ abgekürzt) Signale in einer optischen Domäne weiterleiten. Das heißt, die ASICs entsprechen elektrischen Schaltern, die in der elektrischen Domäne arbeiten, indem sie elektrische Signale weiterleiten, während die optischen Schalter in der optischen Domäne arbeiten, indem sie optische Signale weiterleiten.
Obwohl nicht explizit dargestellt, kann ein elektrischer Schalter und/oder ein optischer Schalter geeignete Hardware und/oder Software enthalten, die das Routing von Signalen in einer entsprechenden Domäne ermöglichen.
Ein elektrischer Schalter kann zum Beispiel Empfänger enthalten, die optische Signale empfangen und in elektrische Signale umwandeln, die dann innerhalb des elektrischen Schalters weitergeleitet werden. Ein Empfänger eines elektrischen Schalters kann beispielsweise einen Transimpedanzverstärker (TIA), einen Fotodetektor und einen Controller umfassen, die alle dazu dienen, die optischen Signale in elektrische Signale umzuwandeln. Jeder elektrische Schalter kann außerdem Sender enthalten, die elektrische Signale, die innerhalb des elektrischen Schalters geleitet werden, in optische Signale umwandeln, die an einen anderen (optischen oder elektrischen) Schalter innerhalb des Systems ausgegeben werden. Ein Sender eines elektrischen Schalters kann beispielsweise eine Lichtquelle, einen Modulator und ein Steuergerät enthalten, das den Modulator und die Lichtquelle steuert. In mindestens einem Ausführungsbeispiel sind Empfänger-/Senderpaare in einen einzigen Transceiver integriert. Jeder elektrische Schalter kann außerdem einen internen Schaltkreis für die Weiterleitung elektrischer Signale innerhalb des elektrischen Schalters enthalten.
Ein optischer Schalter kann Hardware und/oder Software für die Weiterleitung von Signalen in der optischen Domäne enthalten. So kann ein optischer Schalter in einer Ausführungsform optische Eingangsfasern und optische Ausgangsfasern enthalten, die optische Signale übertragen, sowie eine oder mehrere Vorrichtungen, die für die Weiterleitung von optischen Signalen innerhalb des optischen Schalters geeignet sind. Die eine oder mehreren Vorrichtungen zum Leiten optischer Signale können beispielsweise einen oder mehrere bewegliche Spiegel (z. B. MEMS-Spiegel) umfassen, die so gesteuert werden, dass sie sich so bewegen, dass sie Licht von einer Eingangsfaser zu einer gewünschten Ausgangsfaser leiten, oder dass sie sich so bewegen, dass sie Licht von einem Wellenleiter in einen anderen Wellenleiter zwingen oder leiten. Ein optischer Schalter kann eine oder mehrere Vorrichtungen zur Verstärkung des Lichts enthalten, um die durch den optischen Schalter verursachten Ausbreitungs- und Streuverluste zu kompensieren. In mindestens einem Ausführungsbeispiel sind die Signale, die in einen ASIC ein- und ausgehen, optisch, d. h. jeder optische Schalter, der mit einem elektrischen Schalter verbunden ist, leitet die vom elektrischen Schalter empfangenen optischen Signale weiter, ohne Hardware und/oder Software zu verwenden, die ein elektrisches Signal in ein optisches Signal für die Weiterleitung innerhalb des optischen Schalters umwandelt. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht darauf beschränkt, und ein optischer Schalter kann, falls gewünscht, Hardware und/oder Software zur Umwandlung von elektrischen in optische Signale enthalten (z. B. wenn das Eingangssignal und/oder das Ausgangssignal ein elektrisches Signal ist).
In den 5-8 ist ein M-Port-ASIC als ein elektrischer Schalter (ASIC) mit einer Anzahl von M Eingangsports zu verstehen. Die Anzahl M der Eingangsports in 5 kann M/2 Eingangsports an der Unterseite eines ASIC umfassen, die eine Schnittstelle zur Außenwelt oder zu einer anderen Schicht der Topologie des Rechenzentrums bilden, und M/2 Eingangsports an der Oberseite des ASIC, die mit den optischen Schaltern verbunden sind. Ein ASIC mit M Ports in den 6-8 kann M Eingangsports an der Unterseite eines ASIC umfassen, wobei diese M Eingangsports mit der Außenwelt oder einer anderen Schicht einer Rechenzentrumstopologie verbunden sind. In den 5-8 kann sich N auf die Gesamtzahl der Eingangsports (oder die Gesamtzahl der Ausgangsports) für jeden dargestellten hybriden optoelektrischen Schalter beziehen. Wie man sich denken kann, ist M im Allgemeinen kleiner als N, da es in der Regel mehrere ASICs gibt, die die Eingangsports eines hybriden optoelektrischen Schalters bilden.
Darüber hinaus kann eine Anzahl von Eingangsports auf einer Seite eines elektrischen Schalters gleich einer Anzahl von Ausgangsports auf derselben Seite des elektrischen Schalters oder auf der gegenüberliegenden Seite des Schalters sein, abhängig von der jeweiligen Konstruktion.
5 zeigt einen hybriden optoelektrischen Schalter 500 gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel. Das folgende Beispiel aus dem Stand der Technik soll ein besseres Verständnis der Vorteile des hybriden optoelektrischen Schalters 500 vermitteln. In einem typischen Director-Switch ist der in 5 gezeigte untere Satz von ASICs mit einem oberen Satz von ASICs über eine elektrische Backplane verbunden (der obere Satz von ASICs und die elektrische Backplane sind in 5 nicht dargestellt). So sind beispielsweise die unteren Ports der ASICs in 5 optische Ports, während die oberen Ports der ASICs elektrische Ports sind, die mit einer Seite der elektrischen Backplane verbunden sind. Die elektrische Backplane ist wiederum mit weiteren elektrischen Schalt-ASICs auf der anderen Seite der Backplane verbunden. Für dieses Beispiel nehmen wir an, dass jeder ASIC 64 Ports mit 200 Gbps hat (d. h. M=64). Um einen nicht blockierenden Director-Switch mit 640 Eingangsports und 640 Ausgangsports mit jeweils 200 Gbps (d. h. N = 640) zu konstruieren, werden insgesamt 30 ASICs benötigt. 20 ASICs werden in der unteren Ebene in 5 platziert, wobei die Hälfte der Ports zur Außenwelt und die andere Hälfte der Ports zur elektrischen Backplane zeigt. Die verbleibenden 10 ASICs sind in 5 auf der obersten Ebene angeordnet, wobei alle Ports zur Rückwandplatine gerichtet sind (auch hier sind die ASICs der obersten Ebene und die Rückwandplatine nicht dargestellt). Wie man sich vorstellen kann, ist die Gesamtzahl der ASICs, die für dieses Beispiel benötigt werden, 3*N/M, wobei M die Anzahl der Eingangsports pro ASIC und N die Gesamtzahl der Eingangsports ist, die mit der Außenwelt (z. B. mit Rechenknoten) verbunden sind. In diesem Fall befinden sich N/M ASICs auf der obersten Ebene und 2*N/M ASICs auf der untersten Ebene. Im Allgemeinen werden die Begriffe „oben“ und „unten“ zur Vereinfachung der Erklärung verwendet, wenn auf die Figuren Bezug genommen wird, und diese Begriffe sollen nicht die Lage der Eingänge und/oder Ausgänge eines elektrischen und/oder optischen Schalters und/oder die Topologie der hybriden optoelektrischen Schalter in den 5-8 einschränken.
Beim hybriden optoelektrischen Schalter 500 in 5 ist zu beachten, dass die ASICs auf der obersten Ebene, die in dem Beispiel aus dem Stand der Technik erwähnt werden, durch einen optischen Block ersetzt werden, der die gleiche Anzahl von Eingangs- und Ausgangsports aufweist wie die ASICs der obersten Ebene aus dem Stand der Technik. Mit anderen Worten: 5 zeigt einen elektrischen Block 504 mit N Eingangsports für den hybriden optoelektrischen Schalter 500. Der elektrische Block 504 umfasst eine Vielzahl von elektrischen Schaltern (z. B. ASICs), die so konfiguriert sind, dass sie Signale in einer elektrischen Domäne weiterleiten, wobei jeder elektrische Schalter (jeder ASIC) M Eingangsports umfasst. Wie bereits erwähnt, können M/2 Eingangsports eine Schnittstelle zur Außenwelt oder zu einer anderen Schicht der Topologie des Rechenzentrums bilden, während M/2 Eingangsports eine Schnittstelle zu den optischen Schaltern bilden. In 5 ist ferner ein optischer Block 508 dargestellt, der mit dem elektrischen Block 504 gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne leitet. Der elektrische Block 504 und der optische Block 508 können auf derselben Leiterplatte 502 oder einem anderen Trägersubstrat (z. B. einem Siliziumwafer) montiert werden, damit der elektrische Block 504 und der optische Block 508 zusammen verpackt werden können. Wie bereits erwähnt, können der elektrische Block 504 und der optische Block 508 mit einer geeigneten Anzahl von Wellenleitern, die Signale zwischen den ASICs und den optischen Schaltern übertragen, miteinander gekoppelt werden.
Wie nachstehend näher beschrieben, basiert eine Konfiguration eines optischen Blocks in den 5-8 und/oder eine Konfiguration des elektrischen Blocks in den 5-8 auf mindestens einer Anzahl der N Eingangsports. Im Allgemeinen kann sich die Konfiguration eines optischen Blocks auf eine Anzahl von Eingangsports eines optischen Schalters im optischen Block und eine Anzahl von Ausgangsports des optischen Schalters im optischen Block beziehen. Die Konfiguration eines optischen Blocks kann sich ferner auf die Anzahl der optischen Schalter im optischen Block beziehen. In der Zwischenzeit kann sich die Konfiguration eines elektrischen Blocks auf eine Anzahl von mehreren elektrischen Schaltern (z. B. eine Anzahl von ASICs) und/oder eine Anzahl von Eingangsports für jeden elektrischen Schalter beziehen.
In 5 beträgt die Anzahl der optischen Schalter im hybriden optoelektrischen Schalter 500 beispielsweise M/2, wobei jeder optische Schalter mindestens eine Verbindung zu jedem ASIC der unteren Ebene aufweist, wie mit Zweiwegpfeilen dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass jedes Ende des zweiseitigen Pfeils in 5 einen einzelnen Anschluss am ASIC oder optischen Schalter darstellen kann, der in der Lage ist, eingehenden und ausgehenden Verkehr zu verarbeiten. Alternativ dazu kann jedes Ende des zweiseitigen Pfeils ein Paar aus Eingangs- und Ausgangsanschluss am ASIC oder der optischen Vermittlungsstelle darstellen. So kann beispielsweise ein Ausgangsanschluss in einem Eingangs-/Ausgangsanschlusspaar des ASIC mit einem Eingangsanschluss eines Eingangs-/Ausgangsanschlusspaares des optischen Schalters verbunden sein, während ein Eingangsanschluss in dem Eingangs-/Ausgangsanschlusspaar des ASIC mit einem Ausgangsanschluss des Eingangs-/Ausgangsanschlusspaares des optischen Schalters verbunden sein kann.
Wie in 5 gezeigt, kann jeder optische Schalter 2*N/M Eingangsports und 2*N/M Ausgangsports umfassen. Im Vergleich zu dem oben diskutierten Beispiel aus der verwandten Kunst, das nur elektrische Schalt-ASICs verwendet, reduziert die Konfiguration in 5 die Anzahl der elektrischen Schalt-ASICs um 33 % und ist immer noch nicht blockierend, wodurch der Stromverbrauch reduziert und die Bandbreitenfähigkeit verbessert wird, da die optischen Schalter keine O/E/O-Umwandlung durchführen. Die optischen Schalter können eine variable Anzahl von Pfaden (variable Gesamtbandbreite) zwischen den „ASIC-Paaren“ entweder nach Bedarf oder nach dem Rotationsprinzip zuweisen.
In 5 können die optischen Schalter im optischen Block 508 Eingangs- und Ausgangsports an den Unterseiten der optischen Schalter haben, die den Eingangs- und Ausgangsports an den Oberseiten der ASICs gegenüberliegen. Man kann also sagen, dass der optische Block 508 so konfiguriert ist, dass er Signale in der optischen Domäne zwischen den ASICs weiterleitet.
Dabei ist zu beachten, dass der hybride optoelektrische Schalter 500 nicht auf das Design in 5 beschränkt ist. Wenn beispielsweise jeder optische Schalter in 5 N/M Eingangsports (und N/M Ausgangsports) hat, dann kann der hybride optoelektrische Schalter 500 M optische Schalter verwenden.
Mit Bezug auf 5 wird nun ein Planungs- und Weiterleitungsschema beschrieben, bei dem Pakete von den unterseitigen Eingangsports der ASICs der unteren Ebene empfangen werden (angenommen, die ASICs sind von links nach rechts als ASIC_1, ... ASIC_2*N/M nummeriert). Die Pakete werden über einen optischen Schalter an die oberseitigen Eingangsports eines anderen ASICs der unteren Ebene weitergeleitet. Angenommen, die ASICs sind mit dem optischen Block 508 verbunden und für den Schlitzbetrieb konfiguriert, wobei die Dauer jedes Schlitzes beispielsweise länger ist als die Dauer, die ein Ethernet-Paket für die Übertragung benötigt. Da sich der hybride optoelektrische Schalter 500 in einer „Box“ befindet, ist eine Kommunikation von den ASICs zu einem zentralen Koordinationspunkt (z. B. einem Scheduler) möglich, der mit geeigneter Verarbeitungshardware und/oder Software implementiert ist. Diese Kommunikation kann über elektrische Leiterbahnen und/oder Wellenleiter auf der Leiterplatte 502 erfolgen. Im Betrieb melden die ASICs ihre Pufferzustände an den Planer, wobei die Pufferzustände den Kommunikationsanforderungen entsprechen.
Der Scheduler empfängt die Kommunikationsanforderungen von den ASICs und berechnet die E/A-Anpassungen, die von den optischen Schaltern während eines nächsten Zeitfensters durchgeführt werden sollten. Der Scheduler kann ein bipartites Graph-Matching-Problem lösen und ein maximales Matching mit einem iterativen Algorithmus wie Islip, ILQF und/oder ähnlichem berechnen. Es kann auch ein Algorithmus für die maximale Übereinstimmung, wie z. B. Hopcroft-Karp, verwendet werden. Der Scheduler kann unabhängig für jeden optischen Schalter oder für alle optischen Schalter arbeiten.
In Ausführungsbeispielen wird ferner eine Warteschlangenpolitik vorgeschlagen, die nützlich ist, wenn die Pakete an den Ports der ASICs in eine Warteschlange gestellt werden, bevor die Planung erfolgt, und wenn die Planer unabhängig für jeden optischen Schalter arbeiten. Um die zweistufigen Scheduler bei der Suche nach Übereinstimmungen zu unterstützen, wird in den Beispielausführungen ein prioritätsbasiertes Warteschlangenschema für den Lastausgleich vorgeschlagen. In 5 ist der erste (ganz linke) Anschluss jedes ASIC mit dem ersten (ganz linken) optischen Schalter verbunden, der zweite Anschluss (zweiter ganz linker Anschluss) jedes ASIC ist mit dem zweiten optischen Schalter (zweiter ganz linker optischer Schalter) verbunden, und so weiter. In 5 ist es also möglich, einen Ziel-ASIC von einem Quell-ASIC über jeden der optischen Schalter zu erreichen. Zur Erläuterung betrachten wir den Scheduler des ersten optischen Schalters (ganz links) in 5. Dieser Scheduler empfängt Verkehrsanfragen (z. B. die Ziele der Pakete) vom ersten (ganz linken) Port jedes ASIC. Der Scheduler sollte die Eingänge des optischen Schalters mit den Ausgängen des optischen Schalters auf der Grundlage dieser Verkehrsanfragen abgleichen. Der Planer kann die Warteschlangen der verschiedenen Ziele am ersten Port jedes ASICs priorisieren.
Die folgende Parsing-Regel für die Priorisierung der Pufferung von Paketen (oder die Wahl des Pfades, dem sie folgen werden) basiert beispielsweise auf dem Ziel-ASIC und dem Quell-ASIC:

Uplink_port = (ASIC_dest + ASIC_source) modulo K (1), wobei der Uplink-Port einem Port eines bestimmten optischen Switches entspricht, ASIC_source der ASIC ist, der die Quelle der gesendeten Pakete ist, und ASIC_dest der ASIC ist, der das Ziel ist, an das die Pakete gesendet werden.

Diese Regel priorisiert verschiedene Uplink-Ports (d. h. optische Switches) für denselben Ziel-ASIC in Abhängigkeit vom Quell-ASIC. Wenn z. B. ASIC_1 und ASIC_2 Pakete an ASIC 3 senden wollen, kann dies über Optical_Switch_4 bzw. Optical_Switch_5 erfolgen (zur Erinnerung: die ASICs und optischen Switches sind von links nach rechts nummeriert). Auf diese Weise wird vermieden, dass derselbe Ausgangsanschluss eines optischen Schalters dem Verkehr von zwei verschiedenen ASICs zugewiesen wird. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass dasselbe oder ein ähnliches Planungsschema auch auf die hybriden optoelektrischen Schalter in den 6-8 angewendet werden kann.
6 zeigt ein weiteres Beispiel eines hybriden optoelektrischen Schalters 600 mit einem elektrischen Block 604 (untere und obere Ebene der ASICs) und einem optischen Block 608 (mittlere Ebene der optischen Schalter), die zusammen auf einer Leiterplatte 602 oder einem anderen Trägersubstrat (z. B. auf einem Siliziumwafer) in gleicher oder ähnlicher Weise wie oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben sind. In diesem Fall sind die N Eingangsports des hybriden optoelektrischen Schalters 600 mit Pfeilen am unteren Rand von 6 dargestellt, während die N Ausgangsports des hybriden optoelektrischen Schalters 600 mit Pfeilen am oberen Rand der Figur abgebildet sind. Um einen NxN hybriden optoelektrischen Schalter 600 (d. h. einen hybriden optoelektrischen Schalter mit N Eingangsports und N Ausgangsports) zu konstruieren, kann der hybride optoelektrische Schalter 600 insgesamt 2*N/M ASICs verwenden, wobei sich die Hälfte der ASICs auf der oberen Ebene und die andere Hälfte der ASICs auf der unteren Ebene befindet. Die Anzahl der optischen Schalter in 6 ist M/2, und die Anzahl der Ausgangsports und die Anzahl der Eingangsports für jeden optischen Schalter sind beide gleich 2*N/M. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht darauf beschränkt, und die Anzahl der optischen Schalter in 6 kann z. B. gleich M sein, wenn die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports jedes optischen Schalters gleich N/M ist.
Innerhalb des hybriden optoelektrischen Schalters 600 und weil der elektrische Block 604 und der optische Block 608 gemeinsam auf derselben Leiterplatte 602 untergebracht sind, sind die Ausgangsports der ASICs der unteren Ebene in 6 den Eingangsports der optischen Schalter zugewandt, während die Ausgangsports der optischen Schalter den Eingangsports der oberen Ebene der ASICs zugewandt sind. Alle Ausgangsports der unteren Ebene der ASICs, die nicht mit einem optischen Schalter im optischen Block 608 gekoppelt sind, können stattdessen mit einem Eingangsanschluss eines ASIC in der oberen Ebene der ASICs verbunden werden.
In 6 sind außerdem Beispielverbindungen zwischen den Ports des elektrischen Blocks 604 und den Ports des optischen Blocks 608 dargestellt. Im Allgemeinen kann jeder optische Schalter mindestens eine Verbindung zu jedem ASIC der unteren Ebene haben, um die Weiterleitung von Signalen von einem geeigneten ASIC der unteren Ebene zu einem geeigneten ASIC der oberen Ebene zu ermöglichen. Die Verbindungen zwischen den Ports sind mit Einwegpfeilen dargestellt, und dasselbe oder ein ähnliches Verbindungsmuster kann je nach Konfiguration des hybriden optoelektrischen Schalters 600 auf andere ASICs und optische Schalter ausgedehnt werden. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht darauf beschränkt, und die Verbindungen zwischen den elektrischen Schaltern im elektrischen Block 604 und den optischen Schaltern im optischen Block 608 können ein Designparameter sein, der auf empirischen Erkenntnissen und/oder Vorlieben beruht. Im Allgemeinen stellt in den 6-8 ein Einwegpfeil, der aus einem elektrischen oder optischen Schalter austritt oder in ihn eintritt, einen Anschluss für eine Einwegkommunikation dar (d.h. ein Pfeil in ein Element ist ein dedizierter Eingangsanschluss und ein Pfeil aus einem Element ist ein dedizierter Ausgangsanschluss). Wie in 5 beschrieben, kann die Zeitplanung für die optischen Schalter in 6 von den Verkehrsanforderungen der ASICs abhängen oder einem Rundlaufplan folgen.
Obwohl nicht explizit dargestellt, sollten Sie wissen, dass die Ausgangsports der obersten Ebene der ASICs mit einer anderen Schicht von elektrischen und/oder optischen Schaltern innerhalb einer Rechenzentrumstopologie verbunden oder verbindbar sind.
7 zeigt einen hybriden optoelektrischen Schalter 700, der einen elektrischen Block 704 (oder die untere Ebene der ASICs) und einen optischen Block 708 umfasst, die gemeinsam auf derselben Leiterplatte 702 oder einem anderen Trägersubstrat (z. B. einem Siliziumwafer) untergebracht sind. Im Vergleich zu dem hybriden optoelektrischen Schalter 600 in 6 entfällt bei dem hybriden optoelektrischen Schalter 700 in 7 die oberste Schicht der ASICs. Der hybride optoelektrische Schalter 700 kann immer noch nicht blockierend sein, wobei die Ausgangsports im schaltungsgeschalteten Modus arbeiten, und der Schalter 700 enthält nur halb so viele ASICs wie in 6. Mit anderen Worten, der Schalter 700 verwendet eine Anzahl von N/M ASICs, wobei jeder ASIC M Eingangsports und M Ausgangsports hat. Darüber hinaus kann die Anzahl der optischen Schalter in der Vermittlungsstelle 700 M betragen, und die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports für jeden optischen Schalter sind beide N/M. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht darauf beschränkt, und die Anzahl der optischen Schalter kann z. B. gleich M/2 sein, wenn jeder optische Schalter 2*N/M Eingangsports und 2*N/M Ausgangsports aufweist.
Wie in 7 gezeigt, sind die Ausgangsports der ASICs den Eingangsports der optischen Schalter auf der Leiterplatte 702 zugewandt. In 7 sind außerdem Beispielverbindungen zwischen den Ports des elektrischen Blocks 704 und den Ports des optischen Blocks 708 dargestellt. Im Allgemeinen kann jeder optische Schalter mindestens eine Verbindung zu jedem ASIC der unteren Ebene haben, um die Weiterleitung von Signalen von jedem ASIC der unteren Ebene zu einem geeigneten Ausgangsanschluss des optoelektrischen Hybridschalters 700 zu ermöglichen. Wie in 6 sind die Verbindungen zwischen den Ports mit Einwegpfeilen dargestellt, und dasselbe oder ein ähnliches Verbindungsmuster, das für die beiden elektrischen Schalter und die beiden optischen Schalter dargestellt ist, kann je nach Konfiguration des hybriden optoelektrischen Schalters 700 auf andere ASICs und optische Schalter ausgedehnt werden. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht darauf beschränkt, und die Verbindungen zwischen den elektrischen Schaltern im elektrischen Block 704 und den optischen Schaltern im optischen Block 708 können ein Designparameter sein, der auf empirischen Erkenntnissen und/oder Vorlieben beruht. Ähnlich wie beim hybriden optoelektrischen Schalter 600 kann der Ausgang des hybriden optoelektrischen Schalters 700 (d. h. die Ausgänge der optischen Schalter) mit einer anderen Schicht von elektrischen Schaltern und/oder optischen Schaltern innerhalb einer Rechenzentrumstopologie verbunden oder verbindbar sein. Alle Ausgangsports der unteren Ebene der ASICs, die nicht mit einem optischen Schalter im optischen Block 708 gekoppelt sind, können stattdessen mit einem Eingangsanschluss eines ASICs oder eines optischen Schalters in einer anderen Schicht der Topologie des Rechenzentrums verbunden oder verbindbar sein.
8 zeigt einen hybriden optoelektrischen Schalter 800 mit einem elektrischen Block 804 und einem optischen Block 808, die gemeinsam auf derselben Leiterplatte 802 oder einem anderen Trägersubstrat (z. B. einem Siliziumwafer) untergebracht sind. Der elektrische Block 804 kann eine beliebige Anzahl von M-Port-ASICs enthalten, um einen hybriden optoelektrischen Schalter 800 mit einer Anzahl von N Eingangsports zu erhalten. Der optische Block 808 umfasst einen einzelnen optischen Schalter mit einer Anzahl von N Eingangsports und einer Anzahl von N Ausgangsports. Ähnlich wie bei den hybriden optoelektrischen Schaltern 600 und 700 kann der Ausgang des hybriden optoelektrischen Schalters 800 (d. h. die Ausgänge des optischen Schalters) mit einer anderen Schicht von elektrischen Schaltern und/oder optischen Schaltern innerhalb einer Rechenzentrumstopologie verbunden oder verbindbar sein.
Wie in 8 gezeigt, sind die Ausgangsports der ASICs den Eingangsports des optischen Schalters auf der Leiterplatte 802 zugewandt. 8 zeigt außerdem Beispielverbindungen zwischen den Ports des elektrischen Blocks 804 und den Ports des optischen Blocks 808. Wie in den 6 und 7 sind die Verbindungen zwischen den Ports mit Einwegpfeilen dargestellt, und das gleiche oder ein ähnliches Verbindungsmuster, das für die beiden elektrischen Schalter und die beiden optischen Schalter dargestellt ist, kann je nach Konfiguration des optoelektrischen Hybridschalters 800 auf andere ASICs und optische Schalter ausgedehnt werden. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht darauf beschränkt, und die Verbindungen zwischen den elektrischen Schaltern im elektrischen Block 804 und den optischen Schaltern im optischen Block 808 können ein Designparameter sein, der auf empirischen Erkenntnissen und/oder Vorlieben beruht. Es ist zu beachten, dass die Eingangs- und Ausgangsports des optoelektrischen Hybridschalters 800, obwohl nicht explizit dargestellt, auf derselben Seite des Schalters 800 angeordnet sein können (z. B. auf der Unterseite wie in 5). In diesem Fall können die Eingangsports und die Ausgangsports des optischen Schalters im optischen Block 808 dem elektrischen Block 804 auf der Leiterplatte 802 gegenüberliegen.
In Anbetracht der obigen Ausführungen sollte man verstehen, dass Beispielausführungen hybride optoelektrische elektrische Schalter bereitstellen, die in ein einziges Gerät gepackt werden können und in einer geeigneten Rechenzentrumstopologie verwendet werden können, um eine verbesserte Bandbreite, eine reduzierte Latenzzeit und/oder einen reduzierten Stromverbrauch bereitzustellen.
In der Beschreibung wurden spezifische Details angegeben, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen zu ermöglichen. Einem Fachmann wird jedoch klar sein, dass die Ausführungsformen auch ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen können bekannte Schaltungen, Prozesse, Algorithmen, Strukturen und Techniken ohne unnötige Details dargestellt werden, um die Ausführungsformen nicht zu verdecken.
Während illustrative Ausführungsformen der Offenbarung hier im Detail beschrieben wurden, ist es zu verstehen, dass die erfinderischen Konzepte auf andere Weise verkörpert und verwendet werden können, und dass die beigefügten Ansprüche so ausgelegt werden sollen, dass sie solche Variationen einschließen, sofern sie nicht durch den Stand der Technik eingeschränkt sind.
Es sollte gewürdigt werden, dass erfinderische Konzepte jede Ausführungsform in Kombination mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen, jedes oder mehrere der hierin offenbarten Merkmale, jedes oder mehrere der hierin im Wesentlichen offenbarten Merkmale, jedes oder mehrere der hierin im Wesentlichen offenbarten Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren anderen hierin im Wesentlichen offenbarten Merkmalen, jeden der Aspekte/Merkmale/Elemente in Kombination mit einem oder mehreren anderen Aspekten/Merkmalen/Elementen, die Verwendung von einem oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen oder Merkmale umfassen. Es ist zu beachten, dass jedes hier beschriebene Merkmal in Kombination mit jedem anderen hier beschriebenen Merkmal beansprucht werden kann, unabhängig davon, ob die Merkmale aus derselben beschriebenen Ausführungsform stammen.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen nur beispielhaft sind und dass im Rahmen der Ansprüche Änderungen im Detail vorgenommen werden können.
Jedes Gerät, Verfahren und Merkmal, das in der Beschreibung und (gegebenenfalls) in den Ansprüchen und Zeichnungen offenbart wird, kann unabhängig oder in jeder geeigneten Kombination bereitgestellt werden.
Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen dienen nur der Veranschaulichung und haben keine einschränkende Wirkung auf den Umfang der Ansprüche.
Beispielhafte Ausführungsformen können wie folgt konfiguriert werden:

(1) Vorrichtung für einen Netzwerk-Switch, wobei die Vorrichtung umfasst:
- N Eingangsports;
- einen elektrischen Block mit einer Vielzahl von elektrischen Schaltern, die so konfiguriert sind, dass sie Signale in einer elektrischen Domäne leiten, wobei jeder elektrische Schalter M Eingangsports enthält; und
- einen optischen Block, der mit dem elektrischen Block gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne leitet, wobei eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks auf mindestens einer Anzahl der N Eingangsports basieren.
(2) Die Vorrichtung nach (1), wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von Eingangsports eines optischen Schalters in dem optischen Block und eine Anzahl von Ausgangsports des optischen Schalters bezieht.
(3) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (2), wobei sich die Konfiguration des elektrischen Blocks auf eine Anzahl der mehreren elektrischen Schalter bezieht und wobei M kleiner als N ist.
(4) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (3), wobei die Anzahl der mehreren elektrischen Schalter N/M beträgt.
(5) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (4), wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich N sind.
(6) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (5), die außerdem Folgendes umfasst:
- ein Substrat, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports des optischen Schalters den Ausgangsports der Vielzahl von elektrischen Schaltern gegenüberliegen.
(7) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (6), wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich N/M sind, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M ist.
(8) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (7), wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich 2*N/M sind, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M/2 ist.
(9) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (8), wobei die Anzahl der mehreren elektrischen Schalter 2*N/M beträgt.
(10) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (9), wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich 2*N/M sind, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht, und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M/2 ist.
(11) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (10), die außerdem Folgendes umfasst:
- ein Substrat, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports und die Ausgangsports des optischen Schalters den Ausgangsports eines elektrischen Schalters in der Vielzahl der elektrischen Schalter gegenüberliegen.
(12) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (11), wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich N/M sind, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M ist.
(13) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (12), wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich 2*N/M sind, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht, und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M/2 ist.
(14) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (13), die außerdem Folgendes umfasst:
- ein Substrat, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports des optischen Schalters den Ausgangsports eines ersten elektrischen Schalters der Vielzahl von elektrischen Schaltern gegenüberliegen.
(15) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (14), wobei die Ausgangsports des optischen Schalters nicht den Ausgangsports des ersten elektrischen Schalters gegenüberliegen.
(16) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (15), wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich N/M sind, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M ist.
(17) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (16), die außerdem Folgendes umfasst:
- ein Substrat, wobei der elektrische Block und der optische Block gemeinsam auf dem Substrat untergebracht sind.
(18) Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Punkte (1) bis (17), wobei der optische Block so konfiguriert ist, dass er Signale zwischen den mehreren elektrischen Schaltern in der optischen Domäne leitet, und wobei der optische Block so konfiguriert ist, dass er ein Paket durch einen ausgewählten optischen Schalter des optischen Blocks leitet, wobei der ausgewählte optische Schalter auf der Grundlage einer Quelle des Pakets und eines Ziels des Pakets ausgewählt wird.
(19) Ein Halbleiterpaket, das Folgendes umfasst:
- ein Substrat;
- N Eingangsports;
- einen elektrischen Block auf dem Substrat, der so konfiguriert ist, dass er Signale in einer elektrischen Domäne leitet, wobei der elektrische Block eine Vielzahl von elektrischen Schaltern enthält, wobei jeder elektrische Schalter M Eingangsports aufweist; und
- einen optischen Block auf dem Substrat, der kommunikativ mit dem elektrischen Block gekoppelt ist, wobei der optische Block so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne leitet, wobei eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks auf mindestens einer Anzahl der N Eingangsports basieren.
(20) Ein System, das Folgendes umfasst:
- eine Vielzahl von Netzwerkgeräten, die in einer hierarchischen Netzwerktopologie konfiguriert sind, wobei mindestens eines der Netzwerkgeräte Folgendes umfasst:
  - N Eingangsports;
  - einen elektrischen Block, der mit den N Eingangsports verbunden ist und eine Vielzahl von Schaltern enthält, die so konfiguriert sind, dass sie Signale in einer elektrischen Domäne leiten, wobei jeder Schalter M Eingangsports enthält; und
  - einen optischen Block, der mit dem elektrischen Block gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne leitet, wobei eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks auf einer Anzahl der N Eingangsports und einer Anzahl der M Eingangsports basieren.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 20210100334 [0001]

Claims

Vorrichtung für einen Netzwerk-Switch, wobei die Vorrichtung umfasst: N Eingangsports; einen elektrischen Block mit einer Vielzahl von elektrischen Schaltern, die so konfiguriert sind, dass sie Signale in einer elektrischen Domäne leiten, wobei jeder elektrische Schalter M Eingangsports enthält; und einen optischen Block, der mit dem elektrischen Block gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne leitet, wobei eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks auf mindestens einer Anzahl der N Eingangsports basieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von Eingangsports eines optischen Schalters im optischen Block und eine Anzahl von Ausgangsports des optischen Schalters bezieht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die Konfiguration des elektrischen Blocks auf eine Anzahl der Vielzahl von elektrischen Schalter bezieht und wobei M kleiner als N ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Anzahl der mehreren elektrischen Schalter N/M beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Anzahl der mehreren elektrischen Schalter 2*N/M beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich N sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich N/M sind, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht, und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Anzahl der Eingangsports und die Anzahl der Ausgangsports des optischen Schalters beide gleich 2*N/M sind, wobei sich die Konfiguration des optischen Blocks auf eine Anzahl von optischen Schaltern in dem optischen Block bezieht, und wobei die Anzahl der optischen Schalter in dem optischen Block M/2 ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, die ferner umfasst: ein Substrat, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports und die Ausgangsports des optischen Schalters den Ausgangsports eines elektrischen Schalters in der Vielzahl der elektrischen Schalter gegenüberliegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, die ferner umfasst: ein Substrat, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports des optischen Schalters den Ausgangsports eines ersten elektrischen Schalters der Vielzahl von elektrischen Schaltern gegenüberliegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Ausgangsports des optischen Schalters nicht den Ausgangsports des ersten elektrischen Schalters gegenüberliegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, die ferner umfasst: ein Substrat, auf dem der elektrische Block und der optische Block montiert sind, wobei die Eingangsports des optischen Schalters den Ausgangsports der Vielzahl von elektrischen Schaltern gegenüberliegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner umfasst: ein Substrat, wobei der elektrische Block und der optische Block gemeinsam auf dem Substrat untergebracht sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Block so konfiguriert ist, dass er Signale zwischen den mehreren elektrischen Schaltern in der optischen Domäne leitet, und wobei der optische Block so konfiguriert ist, dass er ein Paket durch einen ausgewählten optischen Schalter des optischen Blocks leitet, wobei der ausgewählte optische Schalter auf der Grundlage einer Quelle des Pakets und eines Ziels des Pakets ausgewählt wird.
Halbleiterpaket, das Folgendes umfasst: ein Substrat; N Eingangsports; einen elektrischen Block auf dem Substrat, der so konfiguriert ist, dass er Signale in einer elektrischen Domäne leitet, wobei der elektrische Block eine Vielzahl von elektrischen Schaltern umfasst, wobei jeder elektrische Schalter M Eingangsports enthält; und einen optischen Block auf dem Substrat, der kommunikativ mit dem elektrischen Block gekoppelt ist, wobei der optische Block so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne leitet, wobei eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks auf mindestens einer Anzahl der N Eingangsports basieren.
System, umfassend: eine Vielzahl von Netzwerkgeräten, die in einer hierarchischen Netzwerktopologie konfiguriert sind, wobei mindestens eines der Netzwerkgeräte Folgendes umfasst: N Eingangsports; einen elektrischen Block, der mit den N Eingangsports verbunden ist und eine Vielzahl von Schaltern enthält, die so konfiguriert sind, dass sie Signale in einer elektrischen Domäne leiten, wobei jeder Schalter M Eingangsports enthält; und einen optischen Block, der mit dem elektrischen Block gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er Signale in einer optischen Domäne leitet, wobei eine Konfiguration des optischen Blocks und eine Konfiguration des elektrischen Blocks auf einer Anzahl der N Eingangsports und einer Anzahl der M Eingangsports basieren.