JP2002513524A - コンテンションフリー・グローバル・インターコネクション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｎ個の入力ソースからＭ個の出力宛先へメッセージをルーチングするためのコンテンションフリー・スイッチ、ネットワーク及びグローバルインターコネクションシステムガ開示される。

Description

【発明の詳細な説明】 コンテンションフリー・グローバル・インターコネクション 序説 この発明は一般にコンテンションフリー・グローバル・インターコネクション （衝突のない全面的相互接続）に関するもので、より具体的にコンテンションフ リー・グローバル・インターコネクション用スイッチ及びネットワークに関する ものである。 発明の背景 計算機構造及びその他のタイプのスイッチ構造においてインターコネクション （相互接続）を実現するのに光学が使用されている。スイッチはコンピュータ設 計及びその他のシステム例えば遠距離通信における種々のレベルで利用される。 特に、自由空間光学インターコネクト、すなわち遠距離通信／データ通信スイ ッチネットワークにおける現在の関心に答える少なくとも２つの応用がある。 遠距離／データ通信スイッチネットワークに関しては、マルチメディアへのカ ストマーアクセスは何十万もの加入者線のスイッチングを要し、各線は毎秒５０ ０メガバイト以上で稼働していると考えられる。この突出した需要に合致するた めには、現在の電気的インターコネクト技術の能力より３〜４オーダー次数の大 きい処理能力が必要とされるであろう。 並列コンピュータに関しては、並列コンピュータのパワーはその演算素子の各 々間の通信度数に直接関係している。ＩＥＥＥスケーラブル・コヒアレント・イ ンターフェース（ＳＣＩ）は多数のプロセッサの集合を単純化することを約束し ている。大多数のバスデザインは最大で４個のプロセッサを連結することが可能 であり、最も強力なバスデザインでも３２個以上のプロセッサを支えることはで きない。バス設計の他の問題はバスのコンテンション（衝突）である。シェアー ド・バスでは、１つのプロセッサがメモリを読み取り又は書き込みをしている時 は他のプロセッサは必ずメモリへのアクセスを待たなければならない。こうして 、コンピュータがシェアーし、その種々の演算素子間で情報をやりとりするため のインターコネクションのシステムは並列コンピュータの設計の最も重要な特性 である。 理想的に、遠距離通信又はデータ通信において、各入力節は直接各出力節に接 続される。換言すれば、理想的コンピュータにおいては、システムが完全に又は グローバルに接続されるように各プロセッサがすべての他のプロセッサに直接結 合されるべきである。 各節又はプロセッサが直接他のすべての節又はプロセッサに接続又は結合され ている理想的システムの例示が図１に示されている。図１において、各節は円で 表わされている。しかしながら、ピンクストンによって“ザ・グローリー・スト ラテジー・フォア・マルチプロセッサーズ：インテグレーテ ィング・オプティクス・イントゥ・ジ・インターコネクツ・アーキテクチュア” の中で、またシーゲルによって“インターコネクション・ネットワークス・フォ ア・ラージスケール・パラレル・プロセシング”の中でそれぞれ詳論されている ように、大型システムをこの方法で結線するのは高度に非実際的である。 純粋に機能的観点から、図２に略示してあるクロスバースイッチシステムネッ トワークは、どの入力チャネルをもどの出力チャネルに直接接続することを容易 にし得る。図２において、クロスバースイッチは円で表わされ、入力及び出力ポ ートは矩形で表わされている。しかしながら、図２に示すクロスバースイッチシ ステムの実現にはｎ²個のスイッチを要する（ｎは図２に示すシステムの入力ポ ート及び出力ポート両方の数である）。 マルチステージインターコネクションネットワーク（ＭＩＮ）を使用すること によりスイッチの数は著しく減少される。マルチステージインターコネクション ネットワークは、システムの各節又は各プロセッサを一時にただ１つの他の節又 はプロセッサにダイナミックに再変更可能に相互接続することを許容する実際的 な設定である。ＭＩＮは、クロスバースイッチシステムに比べて、ハードウェア の複雑さが減少されるとともに他方所与の入力ポートにと所与の出力ポート間の 直接接続を設定する能力は維持されているから一般に評価がよい。２×２のクロ スバースイッチを用いるＭＩＮは(ｎ／２) log₂ｎ個のスイッチを要する。これは完全クロスバースイッチシステムについて 要するｎ²個のスイッチより少ない。ｎが大きい時、クロスバースイッチシステ ムネットワークにより必要とされるスイッチの数とマルチステージインターコネ クションネットワークにより必要とされるスイッチの数との差は大きなものとな る。 ＭＩＮの大きなクラスは異相同型（同形）である。すなわち、それらは均等な 機能遂行性をもっている。このような同形のシステムには、シャフル−交換、バ ンヤン、オメガ、フリップ、ベースライン及びデータネットワークがある。８× ８シャフル交換ＭＩＮ（オメガネットワークとしても知られる）を図３に表わし てある。図３は、メッセージデータパケージを８個の入力ポート又はソースから ８個の出力ポート又は宛先へ送るためのインターコネクションパターンを示して いる。図３において、スイッチは矩形で表わされている。図３に示す回路網は３ つのシャフルスイッチと３つの交換スイッチステージをもつ。ネットワークを通 るメッセージデータはそのヘッダー内の経路指示情報を運ぶ。経路指示情報は適 切なメッセージルーチングのためにネットワークスイッチをセットするのに使用 される。例えば、着局アドレスを表わす二進メッセージヘッダーのその部分にお いて“１”は直進（ストレートスルー）（交換なし）にセットされているスイッ チを表わすとすれば“０”はクロスオーバーセット（交換）を表わすことになる 。もしＭＩＮの第１ステージスイッチが 最も有意なビットを“１”と読み取ったら、このビットを使い尽くしながら自身 を直進（交換なし）にセットする。第２ステージスイッチは次の最も有意なビッ トを見て自身をこのビットの値に応じてクロスオーバー又は直進位置のいずれか にセットする。最後のステージスイッチは最小の有意なビットを見て、そのビッ トの値に従って自身をセットし、こうしてメッセージを適切な宛先アドレスに経 路指示する。 電気的相互接続の限界のために、自由空間光学相互接続がより大きいデータフ ィールド、例えば書類、映像、サウンド及びビデオなどの処理に向けたトレンド が続く限りより重要になっていくであろう。 現存のすべての自由空間、光ファイバー及び導波路インターコネクションネッ トワークは、ホログラフ手段又は在来の光学手段などのような変調手段により相 互接続されたオプトエレクトロニクススイッチに立脚している。在来の映像光学 系又は在来の光学手段には、プリズム、ミラー、レンズ及びその他の光学素子が ある。光学素子は光ビームを回折させ、屈曲させ、反射させ、ファンアウトし、 平行光にし、焦点を結ばせ、又はその他の変調をするからそのビームは所与の応 用により望まれるように方向づけ又は再方向づけされる。とりわけ導波路、特に 埋設ホログラムをもつ導波路（いわゆる導波ホログラム）はそれ自体でインター コネクトシステムであり、インターコネクトシステム中のサブシステム又は変調 手段とし役立ち得る。自由空間ＭＩＮのためベーシック構築 ブロックは入力２個と出力２個をもつ２×２クロスバースイッチである。制御信 号の案内のもとで、どれかの入力がどれかの出方へ伝送され得るが、普通に入手 できるオプトエレクトロニクスクロスバーは２個の入力を１個の出力へ同時に送 ることを許容しない。大型ＭＩＮの実現は、制御信号が非常に複雑になること、 及びメッセージ宛先が知られていないかもしれないという事実によりさらに複雑 になる。しかしながら、ＭＩＮ設計及び実施における最も普通の問題はメッセー ジコンテンションの取扱いである。メッセージコンテンションは同じスイッチへ の２つ又はそれ以上の入力が同じ出力を要求する時に起こる。 発明の概要 本発明の目的は、インターコネクションネットワーク（相互接続回路網）にお けるメッセージルーチング及びメッセージコンテンションの問題を解消する手段 を導入することである。特に、本発明の目的は、グローバルインターコネクショ ンネットワークにおけるメッセージルーチング及びメッセージコンテンションの 問題を解消する手段を導入することである。 本発明の他の目的は、ＭＩＮ（マルチステージインターコネクションネットワ ーク）におけるコンテンションフリースイッチ、クロスバー、全部的に接続され た(fully connected)ネットワーク、及びその他のスイッチングシステムの使用 を導入することである。 本発明の他の目的は、コンテンションフリーであるスイッチを導入することで ある。 本発明の他の目的は、実際的な全部的に接続されたシステムを導入することで ある。 他の目的は、サブ回路又はセルの使用を導入することであって、ここで各セル は入力及び出力アドレスの両方に特定的であり、特定入力セルが特定出力セルに 直接又は間接に対応する。 本発明の他の目的は、スイッチにバッファの使用、特にそのスイッチのセルに バッファの使用を導入することで、この場合バッファは続く伝送のためのメッセ ージデータパケージを蓄積するものである。 本発明の他の目的は、スイッチにコントローラの使用、特にそのスイッチのセ ルにコントローラの使用を導入することで、この場合コントローラはメッセージ データパケージのための時間遅れを与え、メッセージデータパケージの出力光強 度を調整する。本発明のさらに他の目的は、１つの節の他の節との空間的関係に かかわらず、システムの各節の完全な相互接続を許容する変調手段を導入するこ とである。 本発明のさらに他の目的は、回路を単純化し、ポイント対ポイントの伝送のた めホログラフ又は在来の映像光学系の使用の選択を許容するために対応する光源 及び光検出器の理想的な整合を導入することである。 本発明で導入されるスイッチは、メッセージデータパケー ジをその入力チャネルに特定的な入力回路へ送る少なくとも１つのソース（入力 チャネル）から成る。このメッセージデータパケージはその最終宛先（出力チャ ネル）か又は複数宛先を指示するようにタグ(tagged)される。各入力回路は各宛 先に特定的な入力セルから成る。入力回路の機能は、入力回路が宛先タグを読み 取り直列で受けとったデータを並列で伝送されたデータに変調することにおいて 、時分割デマルチプレクサの機能に、又は並列インから並列アウトモードにセッ トされた並列シフトレジスタの機能に似ている。入力回路は受けとる各メッセー ジデータパケージ上の宛先タグを読みとり、各メッセージデータパケージを適当 な入力セル(1個又は数個)に送向する。好適に、各セルのサブ回路は、受けとっ たメッセージデータパケージを菩積するバッファと、メッセージデータパケージ に必要とされる時間遅れをもたらし、かつそのメッセージデータパケージについ て望まれる出力光強度を調整するコントローラとから成る。こうして、入力チャ ネルから直列で受けとられたメッセージデータパケージは、同時的に等しい強度 をもって並列でその最終宛先へルーチングされる。各入力セルはその受けとった メッセージデータパケージを、特定光源へ、又は縦型空洞表面発光レーザ（ＶＣ ＳＥＬ）アレー又はその他の光源アレーなどのような、光源アレー上の特定位置 へ伝送する。前記光源アレー上の各位置は個々に制御されていて、所与の入力セ ルにつき特定的である。ついでメッセージデータパケージは光源アレーから変調 手段を通って特定の光検出器へ、又は光検出器上の特定位置へ送られる。特に、 光源アレーの各位置の光出力は変調手段上の特定の予め定められた位置を照明す る。変調手段は流入ビームを適当な光検出器アレー上の特定の予め定められた位 置へ送向する。メッセージデータパケージはついで光検出器アレー上のその位置 から適当な出力回路へ送られる。各出力回路は各入力チャネルに特定的な出力セ ルから成る。各出力回路は少なくとも１つの光検出器アレー位置から出力信号を 受けるが、前記位置はメッセージデータパケージのソース及び宛先の両方に特定 的である。出力回路の機能は時分割デマルチプレクサの機能に、又は並列イン直 列アウトモードにセットされている並列シフトレジスタの機能に似ている（出力 回路が宛先タグを読みとり、並列で受けとったデータを直接に変形する点で）。 受けとったメッセージデータパケージのソース（入力チャネル）に基づいて各出 力回路は各メッセージデータパケージを適当な出力セルに送向する。ついで各セ ルはメッセージデータパケージを出力回路に接続された出力チャネルに伝送する 。 交互(択一)スイッチは、例えばプリント回路板上の電気的相互接続の許容密度 を越えていない時にだけ使用可能であるが、これは在来の映像光学系の使用を可 能にする。このスイッチにおいて各メッセージデータパケージは電気導線、光フ アイバー又は導波路インターコネクトに沿ってその光検出器アレー上の位置から 適当な出力回路内の適当な出力セルへ伝 送され得る。 このような交互(択一)スイッチにおいてメッセージデータパケージは並列なポ イント対ポイント光学インターコネクトで伝送される。このスイッチは少なくと も１個の入力チャネルから成り、これがメッセージデータパケージをその入力チ ャネルに特定的な入力回路に送る。前記メッセージデータパケージはその最終宛 先を指示するためタグされる。各入力回路は各宛先に特定的な入力セルから成る 。各入力回路は受けとった各メッセージデータパケージ上の宛先タグを読みとっ て、各メッセージデータパケージを適当な入力セルへ送向する。各入力セルは受 けとったメッセージデータパケージを光源アレー上の特定な位置へ伝送する。つ いでメッセージデータパケージは映像光学系により光源アレーから光検出器アレ ー上の特定な位置へ送られる。メッセージデータパケージはついでその光検出器 アレー上の位置から適切な出力回路へ送られる。各出力回路は各入力チャネルに 特定的な出力セルから成る。各出力回路は少なくとも１個の光検出器アレー位置 からの信号を受けとるが、その位置はメッセージデータパケージのソースと宛先 の両方に特定的である。受けとられたメッセージデータパケージのソースに基づ いて、各出力回路は各メッセージデータパケージを適当な出力セルへ送向する。 各出力セルはついでメッセージデータパケージを出力回路に接続された出力チャ ネルに伝送する。 他の交互スイッチでは、対応する光源と光検出器の理想的 な整合をもたらす。この構成においては、伝送路の交差なしにポイント対ポイン トの伝送がなされる。具体的にいえば、この伝送表面は積層されている。各伝送 表面は、特定な出力チャネルに組み合わされた光検出器と、その光検出器に組み 合わされた光源と、その光源から前記光検出器への伝送路から成る。これら伝送 表面は積層されていて、そのため交差することがないけれども、所与の層の正確 な輪郭は複雑なものとなる。光源からそれと組み合わされている光検出器へと引 いた線に垂直な断面において、伝送表面は例えば平行な直線群、又は同心の円又 は楕円、又は平行なシヌソイド曲線として表われ得る。前記伝送表面の積層は地 図上の等高線に似ている。これら層は極めて不規則であったり、からみそうにな ったりするが、決して交わらない。伝送表面の正確な形状は特定の出力チャネル と組み合わされた光検出器、この光検出器と組み合わされた光源、及び各光源か らそれに組み合わされた光検出器への伝送路の位置によって決定される。例えば 図８において、入力セルと組み合わされた光源から出力セルに組み合わされてい る対応する光検出器への光ビーム通路はどれか他の光源からその対応する光検出 器への光ビーム通路に平行である。図８に描いた形状について、各伝送表面は方 形の平面であろうが、伝送表面は積層され、伝送表面の断面は平行線の集まりと して見えるであろう。とりわけ、伝送路は自由空間伝送路及び導波伝送路であり 得る。 上記したスイッチにおいて入力チャネルから出力回路への コンテンションはあり得ないことが容易に明らかである。完全にコンテンション フリーなスイッチであるためには、出力回路から出力チャネルへのメッセージデ ータパケージの伝送もまたコンテンションフリーでなければならない。これを達 成するために、本発明はまたデータの流れを制御するため所与のスイッチ内で適 当なな所に利用されるべきバッファの使用を導入する。例えば出力セルの各々は 、出力チャネルが自由にパケージを受けとるまでメッセージデータパケージを蓄 積するバッファを有していてもよい。バッファの使用をさらに説明するため、２ ×２クロスバースイッチを考えよう。ここでは２個の入力チャネルの各々が同じ 出力チャネルに宛てられたメッセージデータパケージを伝送する。この場合、２ つのメッセージデータパケージの各々は同じ出力回路上の２つの異なる出力セル にルーチングされる。１つの出力セルからのメッセージデータパケージは出力チ ャネルに伝送され、その間他の出力セル内のメッセージデータパケージの伝送は 他の出力セルからの伝送が完了した後出力チャネルが他のメッセージデータパケ ージを受けとるのが自由になった時はじめて伝送されるように蓄積される。 本発明はさらに、システムの各節がシステムの各節に伝送できるような実際的 な全部接続されたシステムを導入する。全部接続システムの利点はそれが本来的 にコンテンションフリーであることである。１つの全部接続システムにおいて入 力と出力とは結合される。作用原理はクスロバースイッチに ついてと同じである。全部接続スイッチの作用を容易にするため、本発明は大型 システムで起こる空間的困難を克服するため変調手段の使用を導入する。変調手 段は、個々の光源からの出力ビームをシステム内のどれかの節へ送向するのを許 容するように配置される。前記変調手段は、光源から受けとった出力ビームを集 中平行にするレンズと、分散又は反射マイクロプリズムアレー又は分割ミラーの アレーなどのような光ビームを再送向する光の屈折素子アレーから成ることが好 適である。本発明はさらに、入力アレーと出力アレーとが空間的に整合されてい て、光源アレーの光検出器アレーへのポイント対ポイント結合を可能にする、交 互（択一）的実際的な全部接続システムを導入する。 好適に各光源の強度は個々に制御するか又は時変調される。すなわち、特定の 光源は他の各々の光源と独立に時変調される。二進法（“０”又は“１”）又は アナログ又は連続式時変調を使用してデータを送ることができる。各々の個々の 光源又は位置は縦空洞表面発光レーザから成るものでよい。さもなければ、外部 光源で空間光変調アレー（ＳＬＭ）内の１個又は複数のセルを照明してもよく、 そして出力すなわち各セルの伝送又は反射は個々に時変調され、こうして光源か ら送られる光の強度の個々の制御が実現される。いずれの場合も光強度は時変調 され、それから変調手段を通じて光検出器へ送られる。 本発明の目的上、光源アレーは個々の光源のグループ、集 合又はアレーから成る。本発明の目的上、光検出器アレーは個々の光検出器のグ ループ、集合又はアレーから成る。本発明の目的上、入力アレーは個々の入力セ ルのグループ、集合又はアレーから成る。本発明の目的上、出力アレーは個々の 出力セルのグループ、集合又はアレーから成る。本発明の目的上、変調手段アレ ーは個々の変調手段のグループ、集合又はアレーから成る。さらに、各個々の変 調手段はホログラフ手段及び在来の光学手段から成る。 本発明の目的上、ポートは入力チャネルと出力チャネルから成る。本発明の目 的上から、節は入力チャネル、出力チャネル、ポート及び結合された入力／出力 チャネルから成る。 本発明の目的上、ポイント対ポイントとは、ソース映像上の特定ポイントの宛 先映像上の同じポイントへのマッピングをいう。 本発明の目的上、“グローバル”というのは“全部的”及び“完全”を包含す る。 図面の簡単な説明 図１はシステムの各節又はプロセッサがシステムの他のすべての節又はプロセ ッサに直接的に接続又は連結されている理想的システムの図示である。 図２はクロスバースイッチシステムのネットワークの図示である。 図３はシャフル交換タイプのマルチステージ・インターコ ネクション・ネットワーク（ＭＩＮ）の図示である。 図４はコンテンションフリー２×２クロスバースイッチの略示図である。 図５はコンテンションフリー４×４クロスバースイッチの略示図である。 図６はコンテンション問題の例示である。 図７は、ポイント対ポイント光学式並列インターコネクトに基づくコンテンシ ョンフリー４×４スイッチを示す図である。 図８は空間的に整合された理想的な入力及び出力アレーを示す。 図９は４個の節をもつ全部接続スイッチシステムのためのインターコネクショ ンパターンを示す図である。 図１０は８個の節をもつ完全相互接続システムの１つの節についてのインター コネクションパターンを示す図である。 好適実施例の説明 本発明は新しいＭ×Ｎクロスバースイッチを提案する。図示の簡単さのため、 図ではＭ＝Ｎの例を示してある。図面を参照すると、コンテンションフリー２× ２クロスバースイッチが図４に示されていて、コンテンションフリー４×４クロ スバースイッチが図５に示されている。この新たなに提案されたＮ×Ｍクロスバ ースイッチは、Ｎ個の入力チャネル(11)と、Ｎ個の入力回路(12)と、Ｎ×Ｍ個の 光源(13)と、Ｎ×Ｍ 個の変調手段(14)と、Ｍ×Ｎ個の光検出器(23)と、Ｍ個の出力回路(22)と、そし てＭ個の出力チャネル(21)とから成る。各入力回路は入力チャネルからの信号を 受けとる。各入力回路はＭ個のセル(121)から成る。入力回路は信号をその宛先 に応じて適切な入力セルに送向する。各入力セルは光源に接続されている。各光 源の光学的出力は変調手段を照明する。変調手段(14)は好適にホログラフアレー である。変調手段は各光源から入ってくるビームの各々を適切な光検出器へ送向 する。光検出器は出力回路に接続されている。各出力回路は光検出器から信号を 受けとる。各出力回路はＮ個のセル(221)から成る。光検出器は信号を適切な出 力セルに送向する。各出力回路はそのセルの各々からの信号(もしあれば)を出力 チヤネルへ送る。好適に、各入力及び出力セルのサブ回路は受けとったメッセー ジデータパケージを蓄積するバッファと、メッセージデータパケージをに必要と される時間遅れを与えかつメッセージデータパケージに望まれる出力光強度を調 整するコントローラから成る。Ｎ×Ｍの光源、Ｎ×Ｍの変調手段、及びＭ×Ｎの 光検出器の各々は独立に位置づけられ得るか、又はそれぞれ他の光源、変調手段 及び光検出器からアレーに組み込まれる得るものである。 例えばｉを入力チャネルｉからの入力信号とし（ｉ＝１，２…Ｎ）、ｊを出力 チャネルｊへの宛先とする（ｊ＝１，２…Ｎ）。すると、チャネル１から宛先ｊ への信号が入力回路ｉのセルｉ，ｊへ送向され、ついで光源アレーｉ上の位置ｉ ， ｊへ、ついで光源アレーｉから変調手段アレーｉ上の位置ｉ，ｊへ送られる。変 調手段アレーｉはこの信号を光検出器アレーｊ上の位置ｊ，ｉへ送向し、ここか らついで信号は出力回路ｊのセルｊ，ｉへ送向される。 とりわけ、メッセージデータパケージは、ただ１つの情報例えば“０”又は“ １”から情報のパケージ全体、例えば１種又はそれ以上のコンピュータ語までを 含み得る。さらに、信号のすべて又はどれかの部分は１つ又はそれ以上のメッセ ージデータパケージにパケージされ得る。メッセージデータパケージは適切にタ グされるから、情報は出力チャネルに正しい又は望ましい順序で受けとられる。 図６は、８×８シャフル交換インターコネクションネットワークで起きるコン テンション問題の例を太線で示している。１個以上の入力信号が同じ宛先を要求 した時、コンテンションが起こる。このコンテンション問題を解決するために、 メッセージはメッセージの経路に沿ったどこかで蓄積されなければならない。出 力セルにバッファを含むように修正することにより、この蓄積は実現され、コン テンションの問題は解決される。メッセージは、その前に受けとられた同じ出力 チャネルを要求しているメッセージの伝送が完了して出力チャネルがフリーにな り次のメッセージを受けとれるまで、バッファ内に蓄積される。 図７は各メッセージデータパケージが並列なポイント対ポイント光学インター コネクトで伝送されるスイッチを図示し ている。このスイッチは少なくとも１つの入力チャネルから成り、これはメッセ ージデータパケージをその入力チャネルに特定的な入力回路に伝送する。前記メ ッセージデータパケージはその最終宛先を指示するようタグされている。入力回 路は各宛先に特定的な入力セルから成る。入力回路は受けとった各メッセージデ ータパケージ上の宛先タグを読みとり、各メッセージデータパケージを適切な入 力セルへ送向する。各入力セルは受けとったメッセージデータパケージを光源ア レーへ伝送する。ついでメッセージデータパケージは光源アレーから映像光学系 (15)によって光検出器アレーへ送られる。映像光学系(15)は在来の光学手段、ホ ログラフ手段、又はその両方から成る。メッセージデータパケージはついで光検 出器アレー上の位置から適当な出力回路へ送られる。各出力回路は各入力チャネ ルに特定的な出力セルから成る。各出力回路は少なくとも１つの光検出器アレー 上の位置から出力信号を受けるが、その位置はメッセージデータパケージのソー スと宛先の両方に特定的である。メッセージデータパケージのソースに基づいて 、各出力回路は各メッセージデータパケージを適当な出力セルへ送向する。各出 力セルはついでメッセージデータパケージを出力回路に接続されている出力チャ ネルへ送る。 図８は、入力アレー又は入力回路と出力アレー又は出力回路との理想的な整合 を図示している。ここで各入力セルは光源から成り、各出力セルは光検出器から 成る。特に、対応す る光源(321)と光検出器(421)の各対は理想的に空間的に整合されていて、伝送路 を何ら横切ることなくポイント対ポイントの伝送を可能にする。例えば、どれか の光源からその対応する光検出器への光ビーム通路は他のどれかの光源からその 対応する光検出器への光ビーム通路と平行である。各伝送路は変調手段(16)を通 過してもよい。図８において、入力回路のセルと組み合わされている光源は平行 な列に配列されていて、そこで各コラムは特定的な出力チャネルに対応している 。同様に、出力回路のセルと組み合わされている光検出器はコラム内に配置され ていて、各列は特定的な入力チャネルと対応している。図は矩形の列の整合を描 いている。その他の整合により伝送路と交わることなくポイント対ポイント伝送 が許容される。例えば、１つの入力回路のセルと組み合わされた光源は車輪のス ポークのように配列することができ、１つの出力回路のセルと組み合わされた対 応する光検出器は同心円のように配列される。重要なのは、対応する光源と光検 出器の理想的な整合とともに、変調手段はホログラフ手段又は在来の光学手段又 はこの両者の組合せから成り得ることである。理想的な光学スイッチの整合は在 来のレンズ又は小レンズアレーを変調手段として使用可能とする。 図８の理想的な整合において、４×４コンテンションフリークロスバースイッ チは、列に配列された光源の二次元マトリクスと、コラムに配列された光検出器 の二次元マトリクスから成る。光源マトリクスの各列は入力回路によって入力チ ャネルに接続される。各入力回路は入力チャネルから信号を受けとるる各入力回 路は入力セルから成る。入力回路は信号の宛先に応じて適当な入力セルへ信号を 送向する。好適に、各入力セルのサブ回路は受けとったメッセージデータパケー ジを菩積するバッファと、メッセージデータパケージに必要とされる時間遅れを もたらし、かつメッセージデータパケージに望まれる出方光強度を調整するコン トローラとから成る。各入力セルはその信号を光源へ、そして光源からホログラ フ又は在来の光学手段などのような変調手段を通じて伝送するが、ここで変調手 段は前記入力セルからの伝送の宛先について特定的である。バッファ及びコント ローラに加えて、入力セルは光源又は変調手段を含んでもよい。ついで信号は信 号ソースに特定的な光検出器へ、そして各検出器から出力セルへ伝送される。光 検出器ば二次元マトリクスに配列されていて、マトリクスの各コラムは出力回路 により出力チャネルに接続されている。各光検出器はその信号を出力セルに伝送 する。各出力回路はそのセルの各々からの信号（もしあれば）を出力チャネルへ 送る。各出力回路は光検出器マトリクスのコラムの１つ内の光検出器と組み合わ されている出力セルから成る。好適に、各出力セルのサブ回路は受けとったメッ セージデータパケージを蓄積するバッファと、メッセージデータパケージに必要 とされる時間遅れをもたらし、かつメッセージデータパケージに望まれる出力光 強度を調整するためのコントローラとから成る。バッファ及びコントローラに加 え て、出力セルは検出器を含んでもよい。図に示すポイント対ポイントインターコ ネクションパターンは、コンテンションフリースイッチングをもたらすだけでな く、在来の映像光学手段、ファイバー及び導波路並びにホログラフ手段による接 続をも可能にする。さらに、光源とその対応する光検出器だけが理想的に整合し ているだけでなく、入力セルとその対応する出力セルも理想的に整合しているこ とが最も好適である。入力セルと出力セルの理想的整合は結線及び光学回路を大 いに単純化する。 図９はグローバルに相互接続された節のシステムを示している。伝送の原理は 、前にクロスバースイッチについて述べた通りであるが、効果は完全相互接続シ ステムの創出であって、そこで各節がシステムの各節に（自身も含めて）接続さ れている。図９は４つの節のグローバルインターコネクションを示している。図 １０は８節システムにおける１つの節についてのインターコネクションパターン を示している。角(2)(3)及び(4)はそれぞれ22.5°、45°及び67.5°である。図 １０に示すように、このシステムを実際的ならしめるのには克服しなければなら ない空間的制約がある。これら制約は、偏向及び屈折光学素子、例えば分散プリ ズム、反射プリズム及び分割ミラーなどから成る変調手段の使用により克服され る。その他の変調手段、例えばホログラム、ホログラフ又は在来の光学導波路、 及び格子も使用できる。 図９を参照すると、節(10)は少なくとも１つの入力セル(9 1)(黒い四角)と少なくとも１つの出力セル(92)(グレーの四角)から成る。データ は入力セルから光源、例えばＶＣＳＥＬへ、そして光源から光路(93)に沿って変 調手段を通り光検出器へ、そして光検出器から出力セルへ伝送される。好適に、 変調手段はホログラム、導波路、格子、プリズム及びミラーの中から選ばれる。 変調手段は光路を光源から光検出器へ送向又は再送向させる。特に、変調手段は 光が出てきた同じ節へ反射させて光路を戻すことができる。図９では１つの節が 他の各節と接続されていることを示しているが、所望によりこれらの接続のどれ か１つを変調手段により反射させて戻し、その節を自身に接続させ得ることも明 らかであることを認識されたい。また、１種類以上の変調手段をシステム内に利 用してメッセージをその望まれる位置へルーチングできることも認められる。こ うして、適当な変調手段の挿置によって、図４及び図５に示したようなコンテン ションフリークロスバースイッチシステムを完全接続システムに組み替えること が可能になる。 図の整合において、４×４コンテンションフリークロスバースイッチは４つの 節から成り、各節は入力回路と出力回路から成る。すなわち図９の節(90)におい て、入力チャネルと出力チャネルは結合されている。各入力回路は入力チャネル に接続されている。各入力回路は前記入力チャネルから信号を受けとる。各入力 回路は図９で黒く描いてある入力セルから成る。入力回路は信号の宛先に応じて 信号を適当な入力セ ルへ送向する。好適に、各入力セルのサブ回路は受けとったメッセージデータパ ケージを蓄積するバッファと、メッセージデータパケージに必要とされる時間遅 れをもたらしメッセージデータパケージに望まれる出力光強度を調整するコント ローラとから成る。各入力セルはその信号を光源へ送り、光源からホログラフ又 は在来の光学手段のような変調手段を通って伝送する。前記変調手段は入力セル からの伝送の宛先に特定的である。バッファ及びコントローラに加えて、入力セ ルは光源又は変調手段を含んでもよい。前記変調手段は、光源から受けとった出 力ビームを集中平行化するレンズと、屈折光学素子例えば分散又は反射マイクロ プリズムアレー又は分割ミラーのアレーなど光ビームを再送向するものから成る 。ついで信号は信号のソースに特定的な検出器へ、そして各検出器から出力セル へ伝送される。出力セルは出力回路によって出力チャネルへ接続される。各出力 回路はそのセルの各々からの信号（もしあれば）を出力チャネルへ送る。各出力 回路は出力セルから成る。好適に、各出力セルのサブ回路は受けとったメッセー ジデータパケージを蓄積するためのバッファと、メッセージデータパケージに必 要な時間遅れを与え、かつメッセージデータパケージに望まれる出力光強度を調 整するためのコントローラとから成る。バッファとコントローラに加え、出力セ ルは検出器を含んでもよい。節どうしの間の偏向の大きな角度の空間的制約を克 服するため、変調手段は偏向及び屈折光学素子、例えば分散プリズム、反射プリ ズ ム及び分割ミラーなどから成るのが好適である。 この出願の中で使用した幾何学的形状は図示の簡単さのために用意されたもの で、本発明の原理の範囲を限定するものではない。 例えば図９の円の上に位置する節について記述した原理は方形、八角形、又は 規則的若しくは不規則的多角形状の上に位置する節についても有効である。 図は二次元のスイッチを描いているが、そこにある原理は三次元にも適用でき るものである。例えば図９に描かれたスイッチは円の周りに配置された節を表わ しているが、同じ原理は球又はその他適当な三次元表面上に配置された節にも適 用され得る。 図面で２×２及び４×４スイッチについて描いた原理はＮ×Ｍクロスバースイ ッチに拡張することができる。種々の図面に現わした原理は単一のスイッチの中 に結合することができる。さら、本発明で開示したスイッチの何個か又は多様な ものを相互接続してコンテンションフリーネットワークを構成することもできる 。 以上の説明及び図面は例示のためであって、種々の偏向、適用及び修正が次の 請求の範囲によってのみ規定される本発明の趣旨から逸脱することなくなし得る ものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 エムラルド，ロバート・エル アメリカ合衆国イリノイ州60010バーリン トン イロクォイ・コート25151

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 正の整数であるＮ個の信号入力ソース及び正の整数であるＭ個の信号出力 宛先と、 各出力宛先のための入力セルから成る各入力ソースについての入力回路で あって、該入力回路は前記入力ソースから受けとった各信号を該信号の宛先に特 定的な入力セルに送向するものである入力回路と、 前記信号を前記入力セルから受けとり光検出器へ送る、各入力セルごとの 光源と、 前記光源から送られた前記信号を受けとり出力セルへ送る、各光源ごとの 光検出器と、 前記光検出器からの信号を受けとり出力回路へ送る、各光検出器ごとの出 力セルと、 各入力ソースごとの出力セルから成り、前記各出力セルからの信号を受け とり前記出力宛先へ送る、各出力宛先ごとの出力回路と から成るコンテンションフリースイッチ。 ２． さらに、少なくとも１つの光源のための変調手段を有し、該変調手段は前 記少なくとも１つの光源から送られた信号を光検出器へ送向する請求の範囲１に 記載のスイッチ。 ３． 前記スイッチが少なくとも１つのバッファを有する請求の範囲１に記載の スイッチ。 ４． 前記スイッチが少なくとも１つのコントローラを有する請求の範囲１に記 載のスイッチ。 ５． 前記入力セルがバッファを有する請求の範囲１に記載のスイッチ。 ６． 前記入力セルがコントローラを有する請求の範囲１に記載のスイッチ。 ７． 少なくとも１つの光源とその対応する光検出器が理想的に整合されている 請求の範囲１に記載のスイッチ。 ８． 各光源とその対応する光検出器が理想的に整合されている請求の範囲１に 記載のスイッチ。 ９． 少なくとも１つの入力回路が１つの出力回路と結合されている請求の範囲 １に記載のスイッチ。 １０． ＮがＭに等しい請求の範囲１に記載のスイッチ。 １１． 各入力回路が１つの出力回路に結合されている請求 の範囲１０に記載のスイッチ。 １２． 請求の範囲１に記載された少なくとも１つのスイッチから成るインター コネクションネットワーク。 １３． 請求の範囲１に記載された少なくとも１つのスイッチから成るマルチス テージインターコネクションネットワーク。 １４． 請求の範囲１に記載された少なくとも１つのスイッチから成るコンテン ションフリーグローバルインターコネクションネットワーク。 １５． 請求の範囲１に記載された少なくとも１つのスイッチから成るコンテン ションフリークロスバーネットワーク。 １６． 請求の範囲１１に記載された少なくとも１つのスイッチから成るコンテ ンションフリーグローバルインターコネクションネットワーク。 １７． 前記光源が光源アレー上の１つの位置である請求の範囲１に記載のスイ ッチ。 １８． 前記光源アレーが縦型空洞表面発光レーザーアレーである請求の範囲１ ７に記載のスイッチ。 １９． 前記変調手段がホログラフ手段から成る請求の範囲２に記載のスイッチ 。 ２０． 前記ホログラフ手段がホログラフ導波路である請求の範囲１９に記載の スイッチ。 ２１． 前記変調手段が在来の光学手段から成る請求の範囲２に記載のスイッチ 。 ２２． 前記在来の光学手段が１つ又はそれ以上のレンズから成る請求の範囲２ １に記載のスイッチ。 ２３． 前記変調手段が光ファイバーから成る請求の範囲２に記載のスイッチ。 ２４． 前記光源の強度がデータを送るため時変調される請求の範囲１に記載の スイッチ。 ２５． 前記光源から送られる光の強度が空間光変調器により時変調される請求 の範囲１に記載のスイッチ。 ２６． 前記変調手段が導波路から成る請求の範囲２に記載のスイッチ。