JP2004112323A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の回路基板を備えた大規模なシステムの高速化および小型化を可能とする信号処理装置を提供する。
【解決手段】この信号処理装置は例えばサーバ装置に用いられ、図示のように、例えば、４つのキャビネット１〜４間を光データバスで相互に接続して構成される。各キャビネット１〜４は、それぞれ、Ｅ／Ｏ変換部およびＯ／Ｅ変換部を有する複数の回路基板１１、２１、３１、４１、複数の回路基板間を接続する第１の光バス１２、２２、３２、４２、ならびに、光中継器１３、２３、３３、４３を備える。各キャビネットの第１の光バス１２、２２、３２、４２同士は、それぞれ光中継器１３、２３、３３、４３を介して、第２のバス５によって相互に接続される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも電気／光変換部または光／電気変換部のいずれかが設けられた複数の回路基板間を光バスで接続した信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の信号処理装置は、例えば、複数のＣＰＵモジュールやメモリモジュールを搭載した回路基板間においてデータの転送及び処理を行うサーバ装置として用いることができる。
従来から、サーバ装置内の複数の回路基板間は電気信号でデータ伝送が行われている。このようなサーバシステムは、例えば、非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌」、２００１／６，Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｄ−Ｉ，Ｎｏ．６、ｐｐ．５７６−５８３
このシステムは、小規模構成からの段階的な拡張を可能とするためと、ＣＰＵ間の電気的な接続距離を短くするために、システムを３２ＣＰＵまで搭載可能なキャビネットに分割し、同軸ケーブルによって接続するというものである。しかし、このシステムは、電気信号での伝送速度に制限があり、また、ビット数（信号線数、制御線数等）を減らすことが困難であることなどから、装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００３】
一方、特許文献１には、光学的なクロスバースイッチを用いた光学的接続装置が開示されている。
【特許文献１】
特開平９−１５２５７１号公報
本装置は、くさび状の溝を設けた光伝送路でクロスバーを構成している。しかし、この光伝送路では、光信号の入射部に近い位置からの溝部での反射が大きく、信号光強度の均一化が難しく、また、縦方向の溝部と横方向の溝部の位置合わせが難しく、さらに、くさび状の溝部から反射され拡散された信号光を第２のくさび状の溝部で反射させる為、光の利用効率が非常に悪いという問題がある。
【０００４】
また、特許文献２には、階段状に形成された光信号伝達装置を用いた光データバスシステムが開示されている。
【特許文献２】
特開２００２−６２４５７号公報
このシステムは、階段状に形成された光信号伝達装置を複数用いて光データバスを形成し、複数の回路基板を相互に光学的に接続するものである。このシステムを用いることにより、複数ビットからなる並列光信号の送受信や各々のビットで独立した同時送受信が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のとおり、従来、規模の大きいサーバ装置について、サーバ装置内の複数の回路基板間を電気信号でデータ伝送を行うシステムについての提案はなされているが、高速化および小型化の点で不十分である。一方、光データバスを形成して複数の回路基板を相互に光学的に接続する技術についての提案はなされているが、大規模なシステムを構築する為に、複数のキャビネット間を光信号でデータ伝送を行うことのできる信号処理装置については未だ知られていない。
【０００６】
従って本発明の目的は、複数の回路基板を備えた大規模なシステムの高速化および小型化を可能とする信号処理装置を提供することにある。この信号処理装置は、例えば大規模のサーバ装置に好適に適用され得る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、少なくとも電気／光変換部または光／電気変換部のいずれかが設けられた複数の回路基板ならびに前記回路基板間を接続する第１の光バスを有する複数のキャビネットと、前記キャビネットの第１の光バス同士を接続する第２の光バスとを備えた信号処理装置によって、達成される。
【０００８】
ここで、前記キャビネットの第１の光バスは光中継器を介して第２のバスに接続することができる。前記光中継器は前記キャビネット内に設けることができる。前記光中継器は電気光変換基板により構成することができる。また、前記第１および第２の光バスは反射型光カプラにより構成することができる。前記反射型光カプラは、透光性媒体と、透光性媒体の一端に接続された複数の光ファイバとを備え、前記透光性媒体はその他端にレンチキュラレンズ面および光反射素子を有することができる。
【０００９】
本発明に係るサーバ装置は、少なくとも電気／光変換部または光／電気変換部のいずれかが設けられた複数の回路基板ならびに前記回路基板間を接続する第１の光バスを有する複数のキャビネットと、前記キャビネットの第１の光バス同士を接続する第２の光バスとを備え、前記複数の回路基板が少なくとも複数のＣＰＵと複数のメモリを搭載して構成される。前記キャビネットは、第１の光バスと第２の光バスとの間に電気光変換基板を備えることができる。前記電気光変換基板は、バックボード上で複数のＣＰＵと複数のメモリを搭載した複数の回路基板が配置される側とは異なる面（反対側または側面等）に配置することができる。このように構成することにより、複数の回路基板を備えた大規模なシステムの高速化および小型化を可能とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る信号処理装置としてサーバ装置の一実施例を示す図である。本サーバ装置は、図示のように、４つのキャビネット１〜４間を光データバスで相互に接続して構成される。各キャビネット１〜４は、それぞれ、電気／光（Ｅ／Ｏ）変換部および光／電気（Ｏ／Ｅ）変換部を有する複数の回路基板（ノード）１１、２１、３１、４１、複数の回路基板間を接続する第１の光バス１２、２２、３２、４２、ならびに、光中継器１３、２３、３３、４３を備える。各キャビネットの第１の光バス１２、２２、３２、４２同士は、それぞれ光中継器１３、２３、３３、４３を介して、第２のバス５によって相互に接続されている。本実施例では、４つのキャビネットが接続される形態を示しているが、キャビネットの数は任意である。
【００１１】
複数の回路基板１１、２１、３１、４１は、少なくとも、図示しない複数のＣＰＵと複数のメモリを搭載している。これらの回路基板は、それぞれＥ／Ｏ変換部およびＯ／Ｅ変換部を介して、他の回路基板との間で光信号を用いて送受信を行う。
【００１２】
第１の光バス１２、２２、３２、４２は、例えば反射型光カプラで構成される。反射型光カプラは、透光性媒体１４、２４、３４、４４と、透光性媒体の一端に接続された複数の光ファイバ１５、２５、３５、４５とからなる。透光性媒体の他端には光反射部１６、２７、３８、４８が形成されている。詳細については後述する。
【００１３】
光中継器１３、２３、３３、４３は、例えば、上り下りの２組のＥ／Ｏ変換部およびＯ／Ｅ変換部を備えた電気光（ＯＥ）変換基板からなる。これは、光信号の伝送距離が長く、伝送される光信号が微弱となる場合に、これを増幅して送り出すために設けられる。従って、キャビネット間の伝送距離が比較的短い場合や、接続ノード数（基板数）が少ない場合には、このＯＥ変換基板は必ずしも設けなくてもよい。
【００１４】
ＯＥ変換基板のＯ／Ｅ変換部（光接続側）は、光ファイバプラグが接続できるように、光コネクタ（レセプタクル）が形成されている。光中継器１３、２３、３３、４３は、好適には、バックボード上で複数のＣＰＵと複数のメモリを搭載した複数の回路基板が配置される側とは異なる面（反対側または側面等）に配置される。これは、光中継器と第２のバスとの接続を容易とするためである。また、本実施例では、光中継器１３、２３、３３、４３をそれぞれキャビネット内に設けているが、キャビネット外に設けることもできる。
【００１５】
第２のバス５は、第１のバス１２、２２、３２、４２と同様、例えば反射型光カプラで構成される。反射型光カプラは、透光性媒体５１と、透光性媒体の一端に接続された複数の光ファイバ５２とからなる。この透光性媒体の他端には光反射部５３が形成されている。この第２の光バスを設けることにより、いずれのキャビネットからも他のキャビネットへの信号伝送が可能となる。しかも、別のキャビネットを第２の光バスに接続することで増設が可能であり、そして取付けが容易かつ低コストにできる。キャビネット間は、例えば、数ｍ〜数１０ｍの距離で接続される。
【００１６】
図２は、図１に示すキャビネットの拡大図である。本図では、簡略化のため１ビットのバスで説明するが、実際の形態は数十ビットで構成される。第１の光バスとして、本例では、図示のように、反射型光カプラ６１が設けられている。反射型光カプラ６１は、透光性媒体６２と、透光性媒体の一端に接続された複数の光ファイバ６３とを備える。各光ファイバ６３は、それぞれ各回路基板６４１〜６４Ｎ（ノード１，２，…Ｎ）およびＯＥ変換基板６５のＥ／Ｏ変換部およびＯ／Ｅ変換部に接続される。これらのＥ／Ｏ変換部は、電気信号を光信号に変換するもので、例えばレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子を備える。一方、Ｏ／Ｅ変換部は光信号を電気信号に変換するもので、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を備える。また、各回路基板６４１〜６４Ｎには、図示しない複数のＣＰＵ、メモリ、ＰＣＩ、ＬＡＮ等に接続可能なＩ／Ｏ等が備えられている。ＯＥ変換基板６５は、キャビネット間の伝送距離が短いときは省略することができる。また、Ｅ／Ｏ変換部およびＯ／Ｅ変換部は、図示しない光コネクタに収納することができる。
【００１７】
透光性媒体６２の他端には、光反射部（光反射膜）６６が形成されている。この光反射部６６は、例えばレンチキュラレンズ面およびその面に配置された光反射素子により構成することができる。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれレンチキュラレンズ面と光反射素子とを組み合わせた例を示す図である。図３（ａ）のレンチキュラレンズ面７１は、透光性媒体７２の端部に多数の小さな凸面を形成したものであり、この面に光反射素子７３が設けられる。図３（ｂ）のレンチキュラレンズ面８１は、透光性媒体８２の端部に多数の小さな凹面を形成したものであり、この面に光反射素子８３が設けられる。これにより、部品点数の少ない反射型光カプラを作製することができる。
【００１８】
第２の光バスも、第１の光バスで説明した上述の反射型光カプラと同様にして構成することができる。
【００１９】
以上のように構成された図２のキャビネットにおいて、例えば、回路基板６４１のＥ／Ｏ変換部から出射された光信号は、光ファイバ６３を介して透光性媒体６２の一端に入射される。入射光は、透光性媒体の他端に設けられた光反射部６６（例えば、図３のレンチキュラレンズ面７１，８１および光反射素子７３，８３）に達し、レンチキュラレンズ面の小さな凹凸部で拡散反射され、反射光は透光性媒体内を逆方向に広く伝達される。これにより、透光性媒体の一端に接続された各光ファイバ６３に光信号が伝達され、各光ファイバ６３を介して各回路基板６４１〜６４ＮおよびＯＥ変換基板６５のＯ／Ｅ変換部にそれぞれ光信号が伝送される。
【００２０】
ＯＥ変換基板６５は次のようにして光信号を中継する。まず、光ファイバ６３を介してＯＥ変換基板６５のＯ／Ｅ変換部に入射された光信号は、一旦電気信号に変換される。その後、この電気信号はＥ／Ｏ変換器で光信号に変換され、この光信号が第２の光バスへ出射される。逆に、第２の光バスからＯＥ変換基板６５のＯ／Ｅ変換部に入射された光信号は、この場合も、一旦電気信号に変換される。この電気信号はそのあとＥ／Ｏ変換器で光信号に変換され、この光信号が光ファイバ６３へ出射される。上述のとおり、Ｅ／Ｏ変換部には例えばレーザダイオード（ＬＤ）が備えられており、Ｏ／Ｅ変換部には例えばフォトダイオード（ＰＤ）が備えられている。このようにして光信号を中継することにより、ＯＥ変換基板６５は、微弱な光信号を増幅して送り出すことができる。
【００２１】
図４は図２に示すキャビネット内の信号処理装置の具体的構成例を示す図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は第１の光バスの概略図、（ｃ）は光コネクタの概略図である。図４（ａ）に示すように、バックボード９１には電気コネクタ９２を介してそれぞれ複数のＣＰＵと複数のメモリ等を搭載した複数の回路基板９３および電気光変換基板９４が接続されている。一方、バックボード９１の下部には第１の光バス（反射型光カプラ）９５が配置されている。反射型光カプラ９５には光コネクタ９６を介してそれぞれ複数の回路基板９３および電気光変換基板９４が接続されている。電気光変換基板９４には光中継器９７が配置されている。光中継器９７は、光ファイバ９８を介して図示しない第２の光バスに接続される。図中、電気光変換基板９４はバックボード９１上で複数の回路基板９３と同じ側に配置されているが、バックボード９１上で複数の回路基板９３が配置される側とは異なる面（反対側の面）に配置することもできる。
【００２２】
反射型光カプラ９５の概略を図４（ｂ）に示す。図示のように、反射型光カプラ９５は光配線基板１０１を有し、その上に透光性媒体１０２が形成されている。透光性媒体１０２の一端には複数の光ファイバ１０３が接続されており、他端には光反射部１０４が設けられている。各光ファイバ１０３は光コネクタ９６との接続が容易となるように光配線基板１０１の一端に突き出た形で形成されている。本例の反射型光カプラ９５は、このような光配線基板１０１が８ビット（８層）積層されて構成される。また、光コネクタ９６の概略を図４（ｃ）に示す。光コネクタ９６は、８層の光配線基板１０１のそれぞれに対応してＥ／Ｏ変換部１０５およびＯ／Ｅ変換部１０６を有する。Ｅ／Ｏ変換部１０５およびＯ／Ｅ変換部１０６は、それぞれ光配線基板１０１の対応する光ファイバ１０３に接続される。各部の動作については図２で説明したとおりである。
【００２３】
反射型光カプラは、上述の形態以外に、例えば特開平１０−２８２３７１号公報に記載の光バスのレンズ面にＡｌ等の反射面を設け、他端に光ファイバを接続して構成することができる。また、特開平１０−１２３３５０号公報に記載のような透光性媒体の一端にＡｌ等の反射面を設け、他端に光ファイバを接続して構成することもできる。また、反射型光カプラは、例えば特開２００２−６２４５７公報に記載のような階段状の導光路に光ファイバを組み合わせて構成することも可能である。
【００２４】
このように構成することにより、光の利用効率が大きく、拡張性の高い信号処理装置、例えばサーバ装置を得ることができる。本発明は、特に大規模なシステムにおいて、多数の回路基板を複数のキャビネットに分割し、キャビネット間を相互に光学的に接続して光データバスを形成している。システムの拡張は、別のキャビネットを光データバスに接続することにより、容易に行うことができる。このような光データバスを用いることによりシステムの高速化が可能となり、また透光性媒体を有する反射型光カプラを用いることによりシステムの小型化が可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の回路基板を備えた大規模なシステムの高速化および小型化を可能とする信号処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る信号処理装置としてサーバ装置の一実施例を示す図である。
【図２】図１に示すキャビネットの拡大図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれレンチキュラレンズ面と光反射素子とを組み合わせた例を示す図である。
【図４】図２に示すキャビネット内の信号処理装置の具体的構成例を示す図であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は第１の光バスの概略図、（ｃ）は光コネクタの概略図である。
【符号の説明】
１、２、３、４　キャビネット
５　第２のバス
１１、２１、３１、４１　回路基板
１２、２２、３２、４２　第１の光バス
１３、２３、３３、４３　光中継器
１４、２４、３４、４４、５１　透光性媒体
１５、２５、３５、４５，５２　光ファイバ
１６、２７、３８、４８、５３　光反射部

Claims (9)

1. 少なくとも電気／光変換部または光／電気変換部のいずれかが設けられた複数の回路基板ならびに前記回路基板間を接続する第１の光バスを有する複数のキャビネットと、前記キャビネットの第１の光バス同士を接続する第２の光バスとを備えたことを特徴とする信号処理装置。
2. 前記キャビネットの第１の光バスが光中継器を介して第２のバスに接続されることを特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
3. 前記光中継器が前記キャビネット内に設けられることを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
4. 前記光中継器が電気光変換基板により構成されることを特徴とする請求項２または３記載の信号処理装置。
5. 前記光バスが反射型光カプラにより構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の信号処理装置。
6. 前記反射型光カプラが、透光性媒体と、透光性媒体の一端に接続された複数の光ファイバとを備え、前記透光性媒体がその他端にレンチキュラレンズ面および光反射素子を有することを特徴とする請求項５記載の信号処理装置。
7. 少なくとも電気／光変換部または光／電気変換部のいずれかが設けられた複数の回路基板ならびに前記回路基板間を接続する第１の光バスを有する複数のキャビネットと、前記キャビネットの第１の光バス同士を接続する第２の光バスとを備え、前記複数の回路基板が少なくとも複数のＣＰＵと複数のメモリを搭載していることを特徴とするサーバ装置。
8. 前記キャビネットが、第１の光バスと第２の光バスとの間に電気光変換基板を備えたことを特徴とする請求項７記載のサーバ装置。
9. 前記電気光変換基板が、バックボード上で複数のＣＰＵと複数のメモリを搭載した複数の回路基板が配置される側とは異なる面に配置されることを特徴とする請求項８記載のサーバ装置。

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