JP2003224592A - ポイント・ツー・ポイント相互接続ファブリックへの接続を提供するために適応スイッチを使用する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンピュータシステムが拡張されるとポイント
・ツー・ポイント相互接続ファブリックに移行すること
ができるスイッチ型またはリング相互接続ファブリック
を有するコンピュータシステムを販売することができ、
単一設計でハイおよびローエンドコンピュータシステム
をサポートすることができる、相互接続アーキテクチャ
を提供する。 【解決手段】モジュールのすべてのペアの間に、一意の
ポイント・ツー・ポイント相互接続が提供される。しか
しながら、１つまたは複数のモジュールには、モジュー
ルのサブセットに接続することができる適応スイッチが
提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルシステム
における相互接続ファブリックに関する。より詳細に
は、本発明は、機能ユニットと、複数の他のスイッチに
連結される相互接続ファブリックとに連結され、複数の
他のスイッチのサブセットに選択的に接続する適応スイ
ッチに関する。 【０００２】 【従来の技術】コンピューティングの技術分野におい
て、相互接続ファブリックを介してコンピューティング
機器を接続することは既知である。かかる相互接続ファ
ブリックは、多くのレベルで存在する。当然ながら、イ
ンタネットは、非常に高レベルで世界中のコンピュータ
システムを互いに連結する相互接続ファブリックを形成
する。ローカルエリアネットワークは、一般的なオフィ
スにおいてイーサネット（登録商標）アダプタを介して
互いに接続されたコンピュータシステム等、コンピュー
タシステムをより低いレベルで連結する。 【０００３】また、相互接続ファブリックは、コンピュ
ータシステム内でも使用される。たとえば、記憶装置を
コンピュータシステムに接続するために、しばしば小型
コンピュータシステムインタフェース（ＳＣＳＩ）が使
用され、スキャナ、プリンタ、キーボード等をコンピュ
ータシステムに連結するために、しばしばユニバーサル
シリアルバス（ＵＳＢ）が使用され、あらゆるタイプの
拡張カードをコンピュータシステムに連結するために、
周辺機器相互接続（ＰＣＩ）バスが使用される。 【０００４】また、相互接続ファブリックは、コンピュ
ータシステムのよりアーキテクチャ的に基本的なレベル
で、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリサブシステム、ビ
デオサブシステム、Ｉ／Ｏサブシステム等を互いに連結
するためにも使用される。たとえば、ハイエンドマルチ
プロセッサ（ＭＰ）サーバコンピュータシステムは、１
つまたは複数のバスを介してポッドにおいて互いに連結
された２つ以上のＣＰＵを有してよく、複数のポッド
が、リングまたはクロスバトポロジを有する相互接続フ
ァブリックを使用して互いに連結される。本明細書にお
いて、「モジュール」という用語は、概して、相互接続
ファブリックを介して別のデジタル要素に連結されるデ
ジタル要素を言うために使用する。 【０００５】当然ながら、相互接続ファブリックは、上
述したリングおよびクロスバトポロジ等の種々のトポロ
ジを使用して実現されてよい。概して、クロスバ等のス
イッチ型相互接続ファブリックは、複数のモジュールと
１つまたは複数のスイッチとの間の伝送経路を提供す
る。スイッチは、伝送相互接続経路を互いに選択的に連
結することによりモジュール間でデータを伝送する。か
かるトポロジは、一般に、モジュールの数が増大すると
個々の伝送経路の数がそれに比例する(scale)ため、費
用効率がよい。しかしながら、相互接続ファブリックの
帯域幅は、所与の時刻にスイッチによって提供される同
時接続の数によって制限される傾向にある。リングトポ
ロジを有する相互接続ファブリックもまた、いかなるモ
ジュールもリングにおける隣接するモジュールに連結す
るだけでよいため、費用効率がよい。 【０００６】対照的に、ポイント・ツー・ポイント相互
接続ファブリックは、モジュールの各ペア間の一意の相
互接続経路を提供する。ポイント・ツー・ポイント相互
接続ファブリックは、モジュール間で同時にデータを伝
送することができる多くの伝送経路があるため、高レベ
ルのパフォーマンスを提供する。しかしながら、ポイン
ト・ツー・ポイント相互接続ファブリックを使用して多
数のモジュールを連結するコンピュータシステムは、各
モジュールが他のすべてのモジュールと直接接続するこ
とが可能なロジックを含まなければならないため、比較
的高価となる傾向にあり、このロジックの複雑性はモジ
ュールの数とともに増大する。これら制約のため、ロー
エンドコンピュータシステムではスイッチ型またはリン
グファブリックを使用し、ハイエンドコンピュータシス
テムではポイント・ツー・ポイントファブリックを使用
することが望ましい。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本技術分野において既
知であるように、顧客に対し、顧客のコンピューティン
グニーズが増大するにしたがって拡張することができる
コンピュータシステムを提供することが望ましい。不都
合なことに、従来技術のコンピュータシステムでは、シ
ステムのモジュール間の相互接続ファブリックは、コン
ピュータシステムが設計される時に定義される傾向があ
り、容易には拡張されない。したがって、顧客がスイッ
チ型またはリング相互接続ファブリックを有するローエ
ンドコンピュータシステムを購入する場合、ファブリッ
クは、コンピュータシステムがアップグレードされる場
合にボトルネックとなる傾向にある。一方、ローエンド
コンピュータシステムにポイント・ツー・ポイント相互
接続ファブリックが提供される場合、システムの初期コ
ストがさらにかかるとともに、顧客はポイント・ツー・
ポイント相互接続ファブリックによって提供される余分
の帯域幅を決して必要としない可能性がある。将来の拡
張オプションが要求されない場合であっても、ベンダは
まだ、異なる相互接続ファブリックを有するハイおよび
ローエンドシステムを設計しなければならず、市場に出
すための設計コストおよび時間が増大する。本技術分野
において必要なことは、コンピュータシステムが拡張さ
れるとポイント・ツー・ポイント相互接続ファブリック
に移行することができるスイッチ型またはリング相互接
続ファブリックを有するコンピュータシステムを販売す
ることができ、単一設計でハイおよびローエンドコンピ
ュータシステムをサポートすることができる、相互接続
アーキテクチャである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、コンピュータ
システム（または他のデジタルシステム）が拡張される
とポイント・ツー・ポイント相互接続ファブリックに移
行することができるスイッチ型またはリング相互接続フ
ァブリックを備えたコンピュータシステム（または他の
デジタルシステム）を販売することができ、単一設計で
ハイおよびローエンドコンピュータシステムをサポート
することができる、相互接続アーキテクチャを提供す
る。本発明によれば、モジュールのすべてのペアの間
に、一意のポイント・ツー・ポイント相互接続が提供さ
れる。しかしながら、１つまたは複数のモジュールに
は、モジュールのサブセットに接続することができる適
応スイッチが提供される。 【０００９】本発明の一実施形態によれば、機能ユニッ
トが適応１−ｏｆ−Ｎスイッチに連結され、適応１−ｏ
ｆ−Ｎスイッチが、他のすべてのモジュール間の一意の
ポイント・ツー・ポイント相互接続を提供する相互接続
ファブリックに連結される。この実施形態では、適応１
−ｏｆ−Ｎスイッチは、適応スイッチから他のすべての
モジュールにトラフィックを経路指定することができる
別のモジュールを発見する。一般に、このモジュール
は、すべてのモジュール間でデータを動的に経路指定す
ることができるフル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを
有する。相互接続ファブリックがすべてのモジュール間
の一意の経路を提供しても、すべての接続経路が使用さ
れるとは限らない。適応１−ｏｆ−Ｎスイッチを有する
モジュールの各々が初期化される時、そのスイッチは、
トラフィックを経路指定することができるモジュールを
探索し、そのモジュールに接続する。 【００１０】本発明の第２の実施形態によれば、各モジ
ュールは、適応２−ｏｆ−Ｎスイッチに面するフル３×
３スイッチに連結される。フル３×３スイッチは、それ
が連結されるモジュールと２つのアクティブポートとの
間で動的にデータを経路指定することができる。適応２
−ｏｆ−Ｎスイッチは、フル３×３スイッチを２つのア
クティブポートに連結する。一般に、ポートへのアクテ
ィブ接続は、正常動作中に変化しない。 【００１１】機能ユニットと２つのアクティブポートと
の間でデータを動的に経路指定する、複合３×３／２−
ｏｆ−Ｎスイッチの能力を使用して、追加の冗長性およ
び帯域幅を提供することができ、あるいはモジュールが
リングトポロジに連結されるのを可能にすることができ
る。追加の冗長性を提供するために、３×３／２−ｏｆ
−Ｎスイッチは、適応１−ｏｆ−Ｎスイッチに関して上
述したように、すべてのモジュール間でデータを動的に
経路指定することができるフル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）
スイッチを有するモジュールへの一次アクティブ接続を
生成することができる。一次アクティブ接続に障害が発
生すると、３×３／２−ｏｆ−Ｎスイッチを有するモジ
ュールに対して二次接続を確立することができ、それに
よってこのモジュールは、データをフル（Ｎ＋１）×
（Ｎ＋１）スイッチに経路指定する。 【００１２】追加の帯域幅を提供するために、相互接続
トラフィックの監視後、特定のモジュールのペア間で大
量のトラフィックが流れると確定されるものと想定す
る。したがって、これらモジュール間に、二次アクティ
ブ経路を直接確立することができ、それによってこのト
ラフィックがフル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有
するモジュールから取除かれる。 【００１３】さらに、３×３／２−ｏｆ−Ｎを有する各
モジュールが２つのアクティブポートを有することがで
きるため、モジュールを互いに連結してリングにするこ
とができる。かかる構成は、フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋
１）スイッチを有するモジュールを必要とせず、それに
よってコストがさらに低減する。それにも関らず、この
構成は冗長性を提供する。モジュール間のいずれか１つ
の接続に障害が発生した場合、トラフィックをリングに
おいて他方の方向に経路指定することができる。 【００１４】本発明のモジュラ設計は、従来技術に比較
して多くの利点を提供する。まず、相互接続ファブリッ
クと機能ユニットとに対し、単一設計のみが必要とされ
る。スイッチの設計のみが変更されればよい。単一設計
を使用することにより、システムを設計し、デバッグ
し、製造する際に、極めて大きいコストおよび時間の利
点が提供される。したがって、単一設計が、ローエンド
システムからハイエンドシステムにわたる多様なコンピ
ュータシステムをサポートすることができる。 【００１５】さらに、本発明は、顧客に対し非常に容易
かつ費用効率のよいアップグレードパスを提供する。シ
ステムが、１−ｏｆ−Ｎスイッチと３×３／２−ｏｆ−
Ｎスイッチとを有するモジュールをフル（Ｎ＋１）×
（Ｎ＋１）スイッチを有するモジュールに置換えること
によってアップグレードされる際、相互接続ファブリッ
クは、連続的にかつ自動的に、顧客がいかなる追加の構
成も必要とすることなく、リングトポロジまたはスイッ
チ型トポロジからフルポイント・ツー・ポイントトポロ
ジに移行する。 【００１６】 【発明の実施の形態】本発明は、コンピュータシステム
または他のデジタルシステムが拡張されるとポイント・
ツー・ポイント相互接続ファブリックに移行することが
できるスイッチ型またはリングトポロジ相互接続ファブ
リックを備えたコンピュータシステムまたは他のデジタ
ルシステムを販売することができ、単一設計でハイおよ
びローエンドコンピュータシステムをサポートすること
ができる、相互接続アーキテクチャを提供する。本発明
によれば、モジュールの各ペアの間に、一意のポイント
・ツー・ポイント相互接続が提供される。しかしなが
ら、１つまたは複数のモジュールには、モジュールのサ
ブセットに接続することができる適応スイッチが提供さ
れる。コンピュータシステムがアップグレードされる
際、適応スイッチを、すべての（または少なくとも追加
の）モジュールに接続するスイッチと置換えることもで
きる。したがって、相互接続ファブリックは、コンピュ
ータシステムが拡張される際に、スイッチ型またはリン
グ相互接続ファブリックからポイント・ツー・ポイント
相互接続ファブリックに移行することができる。さら
に、本発明は、ハイエンドコンピュータシステムとロー
エンドコンピュータシステムとの両方をサポートする単
一設計として実現することができる。 【００１７】本発明をより詳細に論考する前に、まず、
ポイント・ツー・ポイント相互接続ファブリックによっ
て互いに連結された６つのモジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
ＥおよびＦを備えた、図１のコンピュータシステム１０
を考慮する。図１において、モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、ＥおよびＦは、それぞれ参照符号１２Ａ、１２Ｂ、
１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅおよび１２Ｆで示す。各モジュ
ールは、機能ユニットと、任意のポートを任意の他のポ
ートに連結することができる６×６スイッチとからな
る。たとえば、モジュール１２Ａは、機能ユニット１４
Ａと６×６スイッチ１６Ａとを有する。各６×６スイッ
チは、モジュール内の機能ユニットに連結されるポート
０と、相互接続ファブリック１８によって他のモジュー
ルに連結されるポート１、２、３、４および５とを有す
る。なお、相互接続ファブリック１８は、モジュールの
各ペア間に別個のかつ独立した経路を提供する。各６×
６スイッチは、モジュールの任意のペアを互いに接続す
ることができるため、いずれのモジュールのスイッチ
も、２つの他のモジュール間の冗長接続を生成すること
も可能である。スイッチによって提供される経路指定機
能は動的であるため、各６×６スイッチはまた、宛先モ
ジュールのアドレスを復号化し必要に応じて接続を生成
するロジックも含む。 【００１８】本明細書では、システム１０をコンピュー
タシステムとして説明するが、当業者は、図１に示す相
互接続アーキテクチャを、モジュールを接続することが
望ましいいかなるタイプのデジタルシステムにも適用す
ることができる、ということを認めるであろう。データ
は、アドレスを有するパケットとして、または個別のデ
ータワードとして、伝送することができる。また、スイ
ッチ１６Ａ〜１６Ｆを、別個のフィールド交換可能ユニ
ット（ＦＲＵ）として提供することができ、あるいは機
能ユニット１４Ａ〜１４Ｆに統合することによりモジュ
ールレベルＦＲＵを提供することができる。 【００１９】機能ユニットは、種々のアーキテクチャレ
ベルでコンピュータコンポーネントを表してよい。たと
えば、低レベルでは、モジュールは、単一の中央処理装
置（ＣＰＵ）、メモリサブシステムまたはＩ／Ｏシステ
ムを表すことができる。代替的に、より高レベルでは、
モジュールは、従来のバスによって連結されるＣＰＵの
ポッドを表すことができ、その場合ポッドは、互いに連
結されてマルチプロセッサ（ＭＰ）コンピュータシステ
ムを形成する。当然ながら、他のタイプのデジタルシス
テムでは、モジュールは他のタイプの処理要素を表すこ
とができる。たとえば、電話信号を経路指定するシステ
ムでは、モジュールは個別の経路指定要素を表すことが
できる。 【００２０】図１に示すもの等、フルポイント・ツー・
ポイント相互接続ファブリックによって連結されたシス
テムは、従来のバス型またはスイッチ型相互接続ファブ
リックの拡張性の制限を克服する。フルポイント・ツー
・ポイント相互接続ファブリックの他の特徴は、冗長性
である。いずれか特定のポートまたは相互接続ルートに
障害が発生した場合に、データはまだ、中間モジュール
により「ホップ(hop)」を介して任意の特定のモジュー
ルのペア間で経路指定することができる。しかしなが
ら、この向上した拡張性は比較的高値となる。１つのモ
ジュールをＮ個の他のモジュールに接続するために、各
モジュールは、（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有し
ていなければならない。本明細書で使用する定数Ｎは、
モジュールの総数から１を引いたものを言う。この名称
を使用して、図１には６つのモジュールがあるため、Ｎ
は５に等しく、各モジュールは６×６スイッチを含む。 【００２１】ポート０、１、２および３を有する４×４
スイッチであって、各ポートが、いずれかの時点で単一
ビットを伝送することができる単一のデータ伝送導体を
備えるものを考慮する。かかるスイッチでは、６つのス
イッチポイント、すなわちポート０および１を接続する
第１のスイッチポイントと、ポート０および２を接続す
る第２のスイッチポイントと、ポート０および３を接続
する第３のスイッチポイントと、ポート１および２を接
続する第４のスイッチポイントと、ポート１および３を
接続する第５のスイッチポイントと、ポート２および３
を接続する第６のスイッチポイントとが必要である。さ
らに、４×４スイッチでは、スイッチポイントのうちの
２つは、いつでもアクティブとなることができる。たと
えば、第１スイッチポイントがアクティブとなることに
より、ポート１に連結されたモジュールを４×４スイッ
チのポート０に連結された機能ユニットと連結すること
ができ、第６のスイッチポイントがアクティブとなるこ
とにより、ポート２および３に連結されたモジュール間
の冗長接続を提供することができる。 【００２２】一般的に、１ビット（Ｎ＋１）×（Ｎ＋
１）スイッチのスイッチポイントの数に対する式は、 Ｎ・（Ｎ＋１）／２ によって与えられる。 【００２３】したがって、スイッチポイントの数は、ポ
ートの線形の増加より高いがポートの増加の２乗より低
い割合でポートの数とともに増大する。たとえば、図１
の相互接続ファブリック１８の相互接続経路が各々３２
ビットであり、アドレス指定および他の制御機能のため
の追加の信号を含むものとする。したがって、スイッチ
１６Ａ〜１６Ｆの各々は３２ビット６×６スイッチであ
る。Ｎは５であるため、必要なスイッチポイントの数は
４８０個である。 【００２４】しかしながら、１６個のモジュールを有す
るシステムを考慮する。かかるシステムでは、Ｎは１５
であり、１６個の３２ビット１６×１６スイッチが必要
である。各１６×１６スイッチで必要なスイッチポイン
トの数は、３８４０個である。多数のモジュールを有す
るローエンドシステムの場合、スイッチの複雑性は、モ
ジュールの複雑性を左右する可能性がある。また当然な
がら、アドレス指定ロジックの複雑性もまた増大する。 【００２５】ローエンドシステムに対する１つの代替態
様は、（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有するマスタ
モジュールを提供することであり、残りのＮ個のモジュ
ールはマスタモジュールに連結される。かかるシステム
では、マスタモジュールは、残りのＮ個のモジュールの
いずれかの間の接続を完了し、それによってスイッチ型
ファブリックを提供する。この方法の問題は、残りのＮ
個のモジュールのポートと、相互接続ファブリックとの
間の関係が固定であるということである。したがって、
相互接続ファブリックにおける各位置に対して、一意の
モジュール設計が必要となる。かかるシステムを管理す
るコストは、モジュラ設計を提供する利点より重い。 【００２６】本発明は、（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッ
チより制限されるが相互接続ファブリックに対する直接
接続によって提供される接続性より高い接続性を有す
る、適応スイッチを提供することにより、より汎用化さ
れたモジュラ設計を容易にする。しかしながら、相互接
続ファブリックは、適応スイッチが同時に使用すること
ができるより多くのポイント・ツー・ポイント接続を提
供する。 【００２７】後述する実施形態では、相互接続ファブリ
ックは、モジュールの各ペア間の直接ポイント・ツー・
ポイント接続を提供する。なお、これは、一般的なシス
テムに大幅なコストを追加しない。コンピュータシステ
ムにおける大抵の相互接続ファブリックは、部分的に
は、プリント回路基板（ＰＣＢ）にはんだ付けされたス
ロットまたはコネクタによって提供され、ＰＣＢトレー
スが、スロットまたはコネクタ上のコンタクト間の接続
を提供する。相互接続の数がＰＣＢを設計する複雑性を
増大させるが、一旦設計されると、基板に追加のトレー
スを提供する増分コストは最小である。言換えれば、一
般に、所与のサイズであり単一３２ビットバスを有する
ＰＣＢを製造するためには、２つの３２ビットバスを有
する同様のＰＣＢを製造するためよりもコストがかから
ない。当然ながら、ＰＣＢトレースの数が増大すると、
追加のＰＣＢ層を追加することが必要となる可能性があ
り、それによってコストが幾分か増大する。しかしなが
ら、追加のＰＣＢトレースに対するコストの増大は、
（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチでＮの増大にともなう
コストの増大よりずっと都合のよい割合で比例する。 【００２８】本発明によれば、図１に示す６×６スイッ
チ等、（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチの１つまたは複
数が、接続性がより制限されたスイッチによって置換え
られる。図２は、本発明による適応１−ｏｆ−Ｎスイッ
チ２０を示し、図４は、本発明による、適応２−ｏｆ−
Ｎスイッチに面するフル３×３スイッチを備えた複合ス
イッチ３３を示す。まず、図２のスイッチ２０を考慮す
る。スイッチ２０は、１−ｏｆ−Ｎ適応スイッチ２２と
スイッチ制御ユニット２４とを有する。なお、スイッチ
２０の複雑性は、（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチの場
合よりずっと都合よく比例する。スイッチ２０におい
て、スイッチポイントの数はＮに等しいため、６モジュ
ールシステムでは、５つのスイッチポイントが必要であ
り、１６モジュールシステムでは１５のスイッチポイン
トのみが必要である。また、適応スイッチ２０は動的に
接続を経路指定しない。典型的な動作では、スイッチ２
０は機能ユニットを特定のポートに連結し、システムの
動作中この連結は変化しない。したがって、スイッチ２
０は、データを動的に経路指定するフル（Ｎ＋１）×
（Ｎ＋１）スイッチより大幅に複雑でなくなる。しかし
ながら、後述するように、相互接続障害の場合、異なる
ポートに接続するようにスイッチ２０に信号を送信する
ことが望ましい場合がある。 【００２９】図２のスイッチ２０を使用する構成では、
システムが初期化される時、スイッチ制御ユニット２４
は、１−ｏｆ−Ｎスイッチ２２を操作して、スイッチ２
０から他のすべてのモジュールにトラフィックを経路指
定することができる別のモジュールを発見しなければな
らない。この要求を満たす１つの容易な方法は、単純
に、フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを備えた１つ
のモジュールを有し、残りのモジュールがスイッチ２０
等の適応１−ｏｆ−Ｎスイッチを有するシステムを構成
することである。図３は、かかるシステムを示す。 【００３０】図３において、コンピュータシステム２６
は、フル６×６スイッチ３２Ａを含むモジュール２８Ａ
を有する。他のモジュール２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ、２
８Ｅおよび２８Ｆの各々は、それぞれ適応１−ｏｆ−Ｎ
スイッチ３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ、３２Ｅおよび３２Ｆ
を有する。適応１−ｏｆ−Ｎスイッチは、各々図２のス
イッチ２０と同一である。 【００３１】なお、図３において、相互接続ファブリッ
ク３４は図１の相互接続ファブリック１８と同一であ
る。しかしながら、接続経路のすべてが使用されるとは
限らない。適応１−ｏｆ−Ｎスイッチを有するモジュー
ルの各々が初期化される時、各スイッチのスイッチ制御
ユニット２４は、トラフィックを経路指定することがで
きるモジュールを探索し、そのモジュールに接続する。
図３において、これはモジュール２８Ａである。なお、
図３において、アクティブな接続経路は太線で示されて
おり、非アクティブな接続経路は破線で示されている。 【００３２】図３に示す構成に、ある量の冗長性を追加
することが可能である。図３の第２のモジュールもまた
フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有するものとす
る。１−ｏｆ−Ｎスイッチとフル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋
１）スイッチとを有するモジュール間のいずれかの接続
に障害が発生した場合、適応１−ｏｆ−Ｎスイッチを有
するモジュールは、アクティブなポートを、フル（Ｎ＋
１）×（Ｎ＋１）スイッチを有する他方のモジュールに
連結されたポートに変更することができる。 【００３３】なお、スイッチ制御ユニット２４に必要な
制御ロジックは極めて単純である。ユニット２４は、初
期化時、単に、トラフィックを他のすべてのモジュール
に経路指定することができるスイッチを有するモジュー
ルを探索する。障害が発生すると、ユニット２４は、ト
ラフィックを経路指定することができる別のモジュール
を探索する。 【００３４】図３は、本発明によって提供されるいくつ
かの重要な特徴を示す。相互接続ファブリックに対し、
単一設計のみが必要とされる。図１に示すもの等のハイ
エンドシステムと、図３に示すもの等のローエンドシス
テムとに対し同じ設計が使用される。１つのモジュール
のみが、フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有する
必要があり、他のモジュールはより単純な適応１−ｏｆ
−Ｎスイッチを有する。上述したように、機能ユニット
に、単一ＦＲＵとしてスイッチを提供することができ、
あるいはスイッチを別個のＦＲＵとすることができる。
また、スイッチがモジュール間でデータを経路指定する
ために必要なロジックのすべてを有するため、各機能ユ
ニットに対して同じ設計を使用することができる。 【００３５】さらに、顧客は、システムをアップグレー
ドしたい場合、モジュール（または、ＦＲＵの実装のさ
れ方によっては、単にスイッチ）を、フル（Ｎ＋１）×
（Ｎ＋１）スイッチを有するモジュールに置換えるだけ
でよい。適応１−ｏｆ−Ｎスイッチがフル（Ｎ＋１）×
（Ｎ＋１）スイッチに置換えられるため、冗長性および
スループットが増大し、相互接続ファブリックがスイッ
チ型相互接続ファブリックからフルポイント・ツー・ポ
イント相互接続ファブリックに移行する。 【００３６】ここで、図４の複合３×３／２−ｏｆ−Ｎ
スイッチ３３を考慮する。スイッチ３３は、適応２−ｏ
ｆ−Ｎスイッチ３７に面するフル３×３スイッチ３５を
有する。スイッチ３３は、図１に示す６×６スイッチ
等、データを動的に経路指定することができるフル（Ｎ
＋１）×（Ｎ＋１）スイッチである。しかしながら、ス
イッチ３７は、初期化時に接続を行う適応スイッチであ
り、概して、接続は正常動作中変化しない。 【００３７】スイッチ制御ユニット３９は、スイッチ３
５および３７を制御する。図２のスイッチ２０に比較し
て、スイッチ３３は、フル３×３スイッチ３５に４つの
スイッチポイントの追加のオーバヘッドを有する。さら
に、適応２−ｏｆ−Ｎスイッチは、２Ｎ個のスイッチポ
イントを必要とする。したがって、スイッチ３３のスイ
ッチポイントの数は、Ｎの増大に対してスイッチ２０よ
り高い割合で比例するが、その割合は、フル（Ｎ＋１）
×（Ｎ＋１）スイッチよりまだずっと有利である。 【００３８】スイッチ３３の、機能ユニットと２つのア
クティブポートとの間でデータを動的に経路指定する能
力を使用して、追加の冗長性および帯域幅を提供するこ
とができ、あるいは、モジュールが連結されてリングト
ポロジとなるのを可能にすることができる。図５は、ス
イッチ３３の例を使用して追加の冗長性を提供する構成
を示す。 【００３９】図５において、コンピュータシステム３６
は、フル６×６スイッチ４２Ａを含むモジュール３８Ａ
を有する。他のモジュール３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄ、３
８Ｅおよび３８Ｆの各々は、それぞれ３×３／２−ｏｆ
−Ｎスイッチ４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅおよび４
２Ｆを有する。３×３／２−ｏｆ−Ｎスイッチは、各々
図４のスイッチ３３と同一である。 【００４０】この場合もまた、図５の相互接続ファブリ
ック４４は、図１の相互接続ファブリック１８と同一で
ある。しかしながら、接続経路のすべてが使用されると
は限らない。３×３／２−ｏｆ−Ｎスイッチを有するモ
ジュールの各々が初期化される時、各スイッチのスイッ
チ制御ユニット３９は、トラフィックを経路指定するこ
とができるモジュールを探索し、そのモジュールに接続
する。図５において、これはモジュール３８Ａである。
図３と同様に、アクティブな接続経路は太線で示され、
非アクティブなモジュールは破線で示されている。 【００４１】しかしながら、モジュール３８Ｂ、３８
Ｃ、３８Ｄ、３８Ｅおよび３８Ｆの各々は、第２のポー
トもまたアクティブとすることができ、このポートを使
用して冗長性を提供することができる。図５では、モジ
ュール３８Ｆのポート１とモジュール３８Ａのポート５
との間の接続に障害が発生している。この状態が検出さ
れると、スイッチ４２Ｆのスイッチ制御ユニット３９
は、追加のホップを介してトラフィックを経路指定する
ことができる別のモジュールを探索する。この場合、ス
イッチ４２Ｆのユニット３９は、データをモジュール３
８Ｂに対するポート２を介して経路指定することができ
ることを発見し、モジュール３８Ｂがモジュール３８Ｆ
に対して接続を確立することを要求する。したがって、
スイッチ４２Ｂのスイッチ制御ユニット３９がポート５
を起動し、スイッチ４２Ｆのユニット３９がポート２を
起動し、それによってモジュール３８Ｆと３８Ｂとの間
の接続が完了する。そして、モジュール３８Ｂは、モジ
ュール３８Ｆのトラフィックをモジュール３８Ａに経路
指定することができる。モジュール３８Ａは、フル（Ｎ
＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有し、残りのモジュール
のいずれにもトラフィックを経路指定することができ
る。なお、冗長なアクティブポートは、実際には、障害
の発生した接続を有するモジュールによって必要とされ
ない。むしろ、冗長なアクティブポートは、二次アクテ
ィブ接続経路を提供するように要求されるモジュールに
よって必要とされる。 【００４２】システム３６が初期化される時、３×３／
２−ｏｆ−Ｎスイッチを有するモジュールの各々は、図
３と同様に、単に、データを他のモジュールに経路指定
することができるモジュールを探索する。Ｎが偶数であ
る場合、３×３／２−ｏｆ−Ｎスイッチを有するすべて
のモジュールに対して初期化時にアクティブな冗長経路
を確立することも可能である。たとえば、モジュール３
８Ａ〜３８Ｅのみが存在し、モジュール３８Ｆが取除か
れたと仮定する。初期化時、冗長なアクティブ経路を、
モジュール３８Ｂのポート２とモジュール３８Ｃのポー
ト３との間と、モジュール３８Ｄのポート４とモジュー
ル３８Ｅのポート４との間とに確立することができる。
初期化時に冗長なアクティブ経路を確立することによ
り、動作中に一次経路に障害が発生した場合に別の経路
を探索する必要が無くなるため、時間を節約することが
できる。Ｎが奇数である場合、初期化時にアクティブな
冗長経路を割当てることはまだ可能であるが、１つのモ
ジュールは冗長なアクティブ経路を有さないことにな
る。しかしながら、このモジュールに対するアクティブ
経路に障害が発生した場合、そのモジュールは、他のモ
ジュールのうちの１つがその冗長なアクティブ接続を放
棄して要求側モジュールのためにアクティブな接続を提
供するように要求することができる。当然ながら、図５
に関して上述したように、一次アクティブ経路の障害が
検出された後に、冗長なアクティブ経路を割当てること
も可能である。 【００４３】図６は、モジュールが連結されてリングト
ポロジとなるコンピュータシステム４６を示す。図６に
おいて、モジュール４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ、４８Ｄ、
４８Ｅおよび４８Ｆは、それぞれ３×３／２−ｏｆ−Ｎ
スイッチ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅおよ
び５２Ｆを有する。３×３／２−ｏｆ−Ｎスイッチは、
各々図４のスイッチ３３と同一である。 【００４４】この場合もまた、図６の相互接続ファブリ
ック５４は、図１の相互接続ファブリック１８と同一で
ある。しかしながら、接続経路のすべてが使用されると
は限らない。コンピュータシステム４６を初期化するた
めに、モジュールをモジュール順に初期化することがで
きる。たとえば、モジュール４８Ａが最初に初期化さ
れ、モジュール４８Ｂが２番目に初期化され、等であ
る。モジュールの各々が初期化される時、各スイッチの
スイッチ制御ユニット３９は、すべてのトラフィックを
経路指定することができるモジュールを探索することに
より、図５と同様にスイッチ型ファブリックを形成する
ことができるか否かを判断する。しかしながら、図６で
は、いずれの単一モジュールも他のすべてのモジュール
にトラフィックを経路指定することは不可能であるた
め、この探索は失敗する。したがって、初期化中のモジ
ュールは、単に、次のモジュールを直列に接続する。す
なわち、モジュール４８Ａのポート１がモジュール４８
Ｂのポート１に接続し、モジュール４８Ｂのポート２が
モジュール４８Ｃのポート２に接続し、等である。最後
のモジュール（図６では４８Ｆ）に達すると、このモジ
ュールは、それが一続きのモジュールの最後のモジュー
ルであることを検出し、第１のモジュールに戻るように
接続することによってリングを完了する。したがって、
図６において、モジュール４８Ｆのポート１は、モジュ
ール４８Ａのポート５に戻るように接続する。図３およ
び図５と同様に、アクティブな接続経路は太線で示され
ており、非アクティブなモジュールは破線で示されてい
る。 【００４５】図６に示す構成では、モジュールのいずれ
も比較的高価なフル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを
必要としないため、さらにコストが低減される。それに
も関らず、この構成は冗長性を提供する。モジュール間
のいずれかの単一接続に障害が発生した場合、トラフィ
ックはまだ、リング内の他の方向に経路指定されること
が可能である。 【００４６】図３および図５に示す構成と同様に、図６
の構成は、相互接続ファブリックおよび機能ユニットに
対し、図１に示すハイエンド構成と同じ設計を使用す
る。さらに、顧客はシステムを拡張することができる。
モジュールのうちの１つを、フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋
１）スイッチを有するモジュールと単に置換えることに
より、図３および図５に示すように、相互接続ファブリ
ックは、リングトポロジからより高性能なスイッチ型ト
ポロジに移行する。追加のモジュールがフル（Ｎ＋１）
×（Ｎ＋１）スイッチを有するモジュールに置換えられ
る際に、相互接続ファブリックは、図１に示すように、
スイッチ型トポロジからポイント・ツー・ポイントトポ
ロジに移行する。 【００４７】本明細書では、本発明を、モジュール、機
能ユニット、スイッチおよび相互接続ファブリックの一
般的な描写に関して説明した。当業者は、当然ながら、
任意の特定のシステムを実現するために追加の実現詳細
が定義される必要がある、ということを認めるであろ
う。たとえば、相互接続ファブリックがパケットベース
のネットワーキングプロトコルを使用して実現される場
合、本技術分野において既知であるように、あらゆるア
ドレス復号化ロジック、経路指定ロジック、パケットバ
ッファ等が必要となる。相互接続ファブリックが一続き
のパラレルバスとして実現される場合、本技術分野にお
いて既知であるように、あらゆる制御信号、クロック信
号、バスアービトレーション技術等が必要となる。かか
る詳細が本明細書において開示されなくても、当業者
は、本明細書および図面で開示される教示が、モジュー
ルの任意のペア間にフル相互接続経路を有するシステム
であって、それらモジュールのうちの１つまたは複数
が、相互接続経路のサブセットに対するアクティブな経
路を維持することのみが可能な適応スイッチを有するシ
ステムを、設計するために十分であることが判るであろ
う。 【００４８】また、上記論考において、図２のスイッチ
２０のスイッチ制御ユニット２４と図４のスイッチ３３
のスイッチ制御ユニット３９とに対し、アクティブ接続
を確立するための比較的単純なアルゴリズムを開示し
た。しかしながら、より高性能なアルゴリズムを使用す
ることによって、有利な結果に達することができる。た
とえば、フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを備えた
２つのモジュールを有し残りのモジュールが適応１−ｏ
ｆ−Ｎスイッチを有する構成では、相互接続トラフィッ
クを監視しトラフィック負荷のバランスをとるように適
応１−ｏｆ−Ｎスイッチを再構成することが望ましい場
合がある。代替的に、図５のコンピュータシステム３６
を考慮する。相互接続トラフィックを監視した後、大量
のトラフィックがモジュール３８Ｃと３８Ｅとの間に流
れると判断される場合がある。したがって、図４のスイ
ッチ３３によって提供される二次接続を使用して、モジ
ュール３８Ｃのポート４とモジュール３８Ｅのポート３
との間にアクティブ経路を確立することができる。かか
る構成は、このトラフィックをモジュール３８Ａのフル
（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチから取除くため、スル
ープットが増大する。 【００４９】本発明を、適応１−ｏｆ−Ｎスイッチと、
適応２−ｏｆ−Ｎスイッチに面するフル３×３スイッチ
とに関して上に説明した。しかしながら、本発明は、こ
れら２つの実施形態に限定されない。追加のアクティブ
接続をサポートするがまだフル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）
スイッチより低い接続性を有するスイッチによって、追
加の冗長性および帯域幅を実現することができる。たと
えば、適応３−ｏｆ−Ｎスイッチに面するフル４×４ス
イッチは、３つのアクティブな接続ポートを提供し、適
応４−ｏｆ−Ｎスイッチに面するフル５×５スイッチ
は、４つのアクティブ接続を提供し、等である。一般的
に、本発明によるかかるスイッチは、適応（Ｍ−１）−
ｏｆ−Ｎスイッチに面するフルＭ×Ｍスイッチであり、
３≦Ｍ≦Ｎである。多くのモジュールを有するシステム
では、これらスイッチは、スイッチ複雑性、コスト、冗
長性および帯域幅の間の完全なバランスをとることがで
きる。当業者は、かかるスイッチを設計するために本明
細書の教示をいかに適応させるかを理解するであろう。 【００５０】本発明のモジュラ設計は、従来技術に比較
して多くの利点を提供する。まず、相互接続ファブリッ
クと機能ユニットとに対して単一設計のみが必要とされ
る。スイッチの設計のみが変更されればよい。単一設計
を使用することにより、システムを設計し、デバッグ
し、製造する際に、極めて大きいコストおよび時間の利
点が提供される。したがって、単一設計が、ローエンド
システムからハイエンドシステムまでにわたる多様なコ
ンピュータシステムをサポートすることができる。 【００５１】さらに、本発明は、顧客に対し非常に容易
かつ費用効率のよいアップグレードパスを提供する。シ
ステムが、１−ｏｆ−Ｎスイッチおよび３×３／２−ｏ
ｆ−Ｎスイッチを有するモジュールをフル（Ｎ＋１）×
（Ｎ＋１）スイッチを有するモジュールで置換えること
によってアップグレードされる際に、相互接続ファブリ
ックは、連続的にかつ自動的に、顧客がいかなる追加の
構成も必要とすることなく、リングトポロジまたはスイ
ッチ型トポロジからフルポイント・ツー・ポイントトポ
ロジに移行する。 【００５２】本発明を、好ましい実施形態に関して説明
したが、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱す
ることなく形態および詳細を変更し得るということを理
解するであろう。 【００５３】本発明の態様を以下に例示する。 【００５４】１．デジタルシステムであって、Ｎ≧２で
ある、Ｎ＋１個のモジュールと、該Ｎ＋１個のモジュー
ルのうちのモジュールのすべてのペアの間に一意の接続
経路を提供する相互接続ファブリックと、前記Ｎ＋１個
のモジュールのうちの少なくとも１つに提供される適応
スイッチであって、適応スイッチを有するモジュールを
前記Ｎ＋１個のモジュールのうちの他のすべてのモジュ
ールに連結する一意の接続経路に対して、少なくとも１
つかつＮ個未満のアクティブ接続を維持する、適応スイ
ッチとを備え、データは、前記Ｎ＋１個のモジュールの
うちの他の中間モジュールに経路指定されることによ
り、前記適応スイッチを有するモジュールと他のすべて
のモジュールとの間を流れることが可能であるデジタル
システム。 【００５５】２．前記Ｎ＋１個のモジュールのうちの少
なくとも１つは、フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチ
を含み、適応スイッチを有する各モジュールは、フル
（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有するモジュールへ
のアクティブ接続を生成する上記１記載のデジタルシス
テム。 【００５６】３．前記適応スイッチは、１−ｏｆ−Ｎ適
応スイッチである上記２記載のデジタルシステム。 【００５７】４．前記適応スイッチは、適応２−ｏｆ−
Ｎスイッチに面するフル３×３スイッチである上記２記
載のデジタルシステム。 【００５８】５．フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチ
を有するモジュールに対する前記アクティブ接続は、一
次アクティブ接続であり、適応２−ｏｆ−Ｎスイッチに
面する前記フル３×３スイッチと該フル（Ｎ＋１）×
（Ｎ＋１）スイッチを有する前記モジュール以外の該Ｎ
＋１モジュールのうちのモジュールとの間に、二次アク
ティブ接続が存在する上記４記載のデジタルシステム。 【００５９】６．前記二次アクティブ接続は、前記一次
アクティブ接続に対する冗長性を提供する上記５記載の
デジタルシステム。 【００６０】７．前記二次アクティブ接続は、前記一次
接続を介して前記フル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）スイッチ
を有する前記モジュールに経路指定されるデータに加え
て、該二次アクティブ接続を介してモジュールのペア間
でデータを経路指定することにより、帯域幅を増大させ
る上記５記載のデジタルシステム。 【００６１】８．前記適応スイッチは、前記Ｎ＋１個の
モジュールの各々における適応２−ｏｆ−Ｎスイッチに
面するフル３×３スイッチであり、前記モジュールは、
互いに連結されてリングトポロジとなる上記１記載のデ
ジタルシステム。 【００６２】９．前記適応スイッチは、適応（Ｍ−１）
−ｏｆ−Ｎスイッチに面するフルＭ×Ｍスイッチであ
り、３≦Ｍ≦Ｎである上記１記載のデジタルシステム。 【００６３】１０．モジュールをＮ個の他のモジュール
に連結する適応スイッチであって、フルＭ×Ｍスイッチ
であり、前記モジュールの少なくとも１つの機能ユニッ
トに連結された第１の接続ポイントと、３≦Ｍ≦Ｎであ
る、Ｍ−１個のさらなる接続ポイントと、を有し、接続
ポイントの各ペア間でデータを動的に経路指定すること
ができる、フルＭ×Ｍスイッチと、適応（Ｍ−１）−ｏ
ｆ−Ｎスイッチであり、各々が、前記フルＭ×Ｍスイッ
チの前記Ｍ−１個のさらなる接続ポイントのうちの１つ
に一意に連結されているＭ−１個の接続ポイントと、前
記適応スイッチが、モジュールのすべてのペア間にポイ
ント・ツー・ポイント相互接続経路を有する相互接続フ
ァブリックに配置される場合に、前記Ｎ個の他のモジュ
ールの各々に連結されることが可能なＮ個のポート接続
ポイントと、を有する、適応（Ｍ−１）−ｏｆ−Ｎスイ
ッチとを備え、前記適応（Ｍ−１）−ｏｆ−Ｎスイッチ
の前記Ｍ−１個の接続ポイントと該適応（Ｍ−１）−ｏ
ｆ−Ｎスイッチの前記Ｎ個のポート接続ポイントとの間
の一意の静的接続経路を選択的に維持する適応スイッ
チ。

【図面の簡単な説明】 【図１】モジュールの各ペア間に一意の接続経路を有す
るフルポイント・ツー・ポイント相互接続ファブリック
を有するモジュールベースコンピュータシステムであっ
て、各モジュールが、任意の他のモジュールにデータを
経路指定することができるフル（Ｎ＋１）×（Ｎ＋１）
スイッチを有する、モジュールベースコンピュータシス
テムを示す。 【図２】本発明による適応１−ｏｆ−Ｎスイッチを示
す。 【図３】モジュールの各ペア間に一意の接続経路を提供
するフルポイント・ツー・ポイント相互接続ファブリッ
クを有する、本発明によるモジュールベースコンピュー
タシステムであって、単一モジュールが、任意の他のモ
ジュールにデータを経路指定することができるフル（Ｎ
＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有し、残りのモジュール
が、図２の適応１−ｏｆ−Ｎスイッチを有する、モジュ
ールベースコンピュータシステムを示す。 【図４】本発明による、適応２−ｏｆ−Ｎスイッチに面
するフル３×３スイッチを示す。 【図５】モジュールの各ペア間に一意の接続経路を提供
するフルポイント・ツー・ポイント相互接続ファブリッ
クを有する、本発明によるモジュールベースコンピュー
タシステムであって、単一モジュールが、任意の他のモ
ジュールにデータを経路指定することができるフル（Ｎ
＋１）×（Ｎ＋１）スイッチを有し、残りのモジュール
が、図４に示す複合３×３／２−ｏｆ−Ｎスイッチを有
する、モジュールベースコンピュータシステムを示す。 【図６】モジュールの各ペア間に一意の接続経路を提供
するフルポイント・ツー・ポイント相互接続ファブリッ
クを有する、本発明によるモジュールベースコンピュー
タシステムであって、各モジュールが図４に示す複合３
×３／２−ｏｆ−Ｎスイッチを有し、モジュールが互い
に接続されてリングトポロジとなる、モジュールベース
コンピュータシステムを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B045 BB15 BB16 BB28 5B089 GA21 KA11 KB03 KC21 KC27 KG04 5K030 GA19 HC13 JA14 JL03 KA05 LB08 5K033 BA05 CB01 CB06 DB03

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 デジタルシステムであって、 Ｎ≧２である、Ｎ＋１個のモジュールと、 該Ｎ＋１個のモジュールのうちのモジュールのすべての
   ペアの間に一意の接続経路を提供する相互接続ファブリ
   ックと、 前記Ｎ＋１個のモジュールのうちの少なくとも１つに提
   供される適応スイッチであって、適応スイッチを有する
   モジュールを前記Ｎ＋１個のモジュールのうちの他のす
   べてのモジュールに連結する一意の接続経路に対して、
   少なくとも１つかつＮ個未満のアクティブ接続を維持す
   る、該適応スイッチとを備え、データは、前記Ｎ＋１個
   のモジュールのうちの他の中間モジュールに経路指定さ
   れることにより、前記適応スイッチを有するモジュール
   と他のすべてのモジュールとの間を流れることが可能で
   あるデジタルシステム。