JP4077413B2

JP4077413B2 - 放射型光バス

Info

Publication number: JP4077413B2
Application number: JP2004002047A
Authority: JP
Inventors: 隆夫酒井
Original assignee: FANTEC CO., LTD
Current assignee: FANTEC CO., LTD
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: JP2005195873A

Description

本発明は、コンピュータなどの情報処理装置の回路間信号伝達に用いられる伝送路に関し、特に回路間を光バスで接続する技術に関する。

ｎ個の回路間でｎ対ｎの双方向通信を行うためには、図４に示すように、バスを共有してｎ個の回路を接続するか、図５に示すように、ｎ個の回路を全て１対１に接続する必要がある。
バスを介してｎ個の回路を接続する場合、バスの途中に分岐路を設け、この分岐路の先に回路を接続してデータ伝送を行う。従来の電気信号による伝送技術では、伝送スピードの高速化に伴い高い周波数で信号を伝送しようとすると、バスと分岐路のインピーダンス不整合の影響により、伝送信号に歪や減衰が生じて伝送が困難になる。
また、各回路のバス信号入力回路の入力キャパシタンスがバスの負荷となり、高い周波数の信号伝送ができなくなる。
また、各回路間が異なる長さの伝送路で接続されるため、全ての回路に同一位相の信号を伝送して同一の基本タイミングで動作させるのが不可能になる。
そのため、複数のバスを並列にして伝送効率を上げようとした場合、ＰＬＬなどにより位相を制御してバス間のタイミングを合わせる必要があり、回路が複雑化して伝送効率が低下するという問題があった。

電気信号の代わりに光信号を用いてデータ伝送を行うと、このような問題を解決できるが、ケーブルやプリント配線の代わりに光ファイバを使用すると、バスとなる光ファイバの途中を分岐させるのが難しくなる。
光ファイバの途中を分岐させて双方向通信を行うには、図６に示すように、例えば端子Ｐ１に入射した光をロッドレンズＬ１によって平行光に変換し、それをハーフミラーＭ１によって透過光と反射光に２分し、それぞれロッドレンズＬ２、Ｌ３で集光して端子Ｐ２と端子Ｐ３から出射させる。端子Ｐ３から出射した光は２分岐光ファイバＦの一方の分岐側端子に入射させる。
一方、端子Ｐ２に入射した光はロッドレンズＬ２によって平行光に変換し、それをハーフミラーＭ２によって透過光と反射光に２分し、それぞれロッドレンズＬ１、Ｌ４で集光して端子Ｐ１と端子Ｐ４から出射させる。端子Ｐ４から出射した光は２分岐光ファイバＦの他方の分岐側端子に入射させる。
２分岐光ファイバＦから端子Ｐ３と端子Ｐ４に入射した光はロッドレンズＬ３、Ｌ４によって平行光に変換し、それをハーフミラーＭ１、Ｍ２によって反射し、それぞれロッドレンズＬ１、Ｌ２で集光して端子Ｐ１と端子Ｐ２から出射させる。

以上説明したように、光ファイバの途中を分岐させるには多くの光学部品を必要とし、光学系の回路構成が複雑になると共に、回路部品の小型化、高密度実装化が困難になる。
また、ｎ個の回路を全て１対１に接続する場合、双方向通信のための伝送路を別々に設けると、伝送路の数＝（ｎ−１）×ｎとなり非常に多くの伝送路を必要とする。
また、新たな回路を追加する場合、現在ある回路の全てに対して新たに伝送路を設ける必要がある。そのため、ｎ個の回路の全てを相互接続するのは物理的に困難であり、現実的でない。

解決しようとする問題点は、バスを介してｎ個の回路を接続する場合、電気信号によるデータ伝送の問題を解決するために光ファイバを用いると分岐路の構造が複雑になり、ｎ個の回路を全て１対１に接続する場合、多くの伝送路を必要として物理的に困難な点であり、本発明は、分岐路の構造が簡単で多くの伝送路を必要としないｎ対ｎの双方向通信が可能な光バスを提供することを目的になされたものである。

本発明は、光拡散体を中心に長さが等しいｎ本の光ファイバを放射状に配列してバス基板に固定し、このバス基板の外周に各光ファイバの先端に対向してｎ枚の回路基板を直立させて取り付け、これより光ファイバと回路基板の外部インタフェースを光接続することを最も主要な特徴とする。

本発明の放射型光バスは、光拡散体を中心にｎ本の光ファイバを放射状に配列してｎ枚の回路基板の外部インタフェースに光接続するので、ｎ本の光ファイバでｎ枚の回路基板の全てを相互接続できるようになる。
その結果、多くの伝送路を必要とせずにｎ個の回路の間でｎ対ｎの双方向通信ができるようになる。
また、中心の光拡散体によって光信号を分岐させるので、分岐路の構造が簡単になり、ｎ個の回路毎に分岐路を設ける必要もなくなる。
さらに、ｎ本の光ファイバは、長さが等しいため、全ての回路に同一位相の信号を伝送して同一の基本タイミングで動作させることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１と図２に、本発明を実施した放射型光バスの平面図と側面図を示す。
放射型光バスは、光拡散体１を中心にｎ本の光ファイバ２を放射状に配列してバス基板３に固定し、このバス基板３を上下方向にｍ枚積層してｍチャネルｎスロットの光バスを形成する。従って、図では１２スロット４チャネルの光バスが図示されている。
光拡散体１は自転車の車輪中心部のハブに相当し、各光ファイバ２は車輪のスポークに相当する。従って、各光ファイバ２の長さは等しく、ｎ本の光ファイバ２を円形または正ｎ角形のバス基板３上に等間隔に配置する。
バス基板３はフレーム（不図示）に植立した４本の支柱４により水平に支持し、光拡散体１を軸とする同一軸線上に沿って間隔を置いて等間隔に配置する。
このとき、各バス基板３のｎ本の光ファイバ２が同位相になるように積層する。

光拡散体１は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの液状主剤に数％の光拡散剤を添加して固化させたものなどを使用する。
また、外周をｎ本の光ファイバ２の中心側端部と均等に対向させるため、直径が１〜２ｍｍ、板厚が光ファイバ２の直径と略同じ０．５〜１ｍｍの円形あるいは正ｎ角形の板状に形成する。
光ファイバ２は、光拡散体１と同じアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などを材料とし、直径が０．５〜１ｍｍの円形あるいは角型のものを使用する。
バス基板３は、上面の中心部に光拡散体１と同じ形と深さの溝を刻成し、この溝に光拡散体１を挿嵌して完全に埋没させる。同様に光拡散体１を中心に光ファイバ２と同じ長さと深さの溝を放射状に刻成し、この溝に光ファイバ２を挿嵌して完全に埋没させる。
その後、上面につや消し黒などの反射止め塗装を施し、光拡散体１や光ファイバ２から洩れる光を遮蔽する。

図３に、本発明の光バスを用いた共有メモリ型並列コンピュータの構成図を示す。
光バスは１２スロット４チャネルのバス容量を持つものとする。
共有メモリ型並列コンピュータは、光バスの外周に実装面を垂直に立てて１２スロットに対応する１２枚の回路基板５を放射状に接続する。
回路基板５には４チャネルに対応する４つの２分岐光ファイバ６を取り付け、その結合側端子を上下方向に配置した４枚のバス基板３の周縁に臨む４本の光ファイバ２の先端に接続する。
回路基板５は、上辺と下辺を上下平行なガイドレール（不図示）に挿入して支持する。

回路基板５は、情報処理回路７と伝送制御回路８と光電変換回路９を実装し、その伝送路を光電変換回路９の先に設置した４つの２分岐光ファイバ６を介して光バスの４本の光ファイバ２に接続する。
情報処理回路７は、共有メモリ７１とＣＰＵ７２とローカルメモリ７３で構成する。
伝送制御回路８は、セレクタ８１の先に分配回路８２と集合回路８３を配置し、分配回路８２の先にチャネル毎に送信制御を行う４つのＦＩＦＯ（先入先出制御機構）８２Ａと４つのＰＳ（パラレルシリアル変換器）８２Ｂを配置し、集合回路８３の先にチャネル毎に受信制御を行う４つのＳＰ（シリアルパラレル変換器）８３Ａと４つのＦＩＦＯ８３Ｂを配置する。
光電変換回路９は、チャネル毎に光電変換を行う４つのＥＯ（電気−光変換器）９１と４つのＯＥ（光−電気変換器）９２で構成し、ＥＯ９１の入力側をＰＳ８２Ｂに接続し、出力側を２分岐光ファイバ６の分岐側端子の一方に接続する。
ＯＥ９２の入力側は２分岐光ファイバ６の分岐側端子の他方に接続し、出力側をＳＰ８３Ａに接続する。

以下、共有メモリ型並列コンピュータの処理をデータの流れに沿って説明する。
情報処理回路７のＣＰＵ７２が他の回路基板５の共有メモリ７１をアクセスする場合、あるいは他の回路基板５のＣＰＵ７２と通信する場合、ＣＰＵ７２が出力するアドレス／データ信号がセレクタ８１に入力される。
セレクタ８１は、入力されたアドレス／データ信号の宛名が自分の回路基板５に搭載された共有メモリ７１に対するものであるなら、入力されたアドレス／データ信号を自分の回路基板５の共有メモリ７１に伝送する。入力されたアドレス／データ信号の宛名が他の回路基板５の共有メモリ７１やＣＰＵ７２に対するものであるなら、入力されたアドレス／データ信号を分配回路８２に伝送する。

分配回路８２は、入力されたアドレス／データ信号を４つのパケットに分割して送信側の４つのＦＩＦＯ８２Ａに分配する。
ＦＩＦＯ８２Ａは、宛先の回路基板５の受信側のＦＩＦＯ８３Ｂに空きがあれば、入力されたアドレス／データ信号を次のＰＳ８２Ｂに伝送する。
ＰＳ８２Ｂは、入力されたアドレス／データ信号をパラレルからシリアルに変換して次のＥＯ９１に伝送する。
ＥＯ９１は、入力されたアドレス／データ信号を電気信号から光信号に変換する。
光信号は、２分岐光ファイバ６を介して対応する１本の光ファイバ２に入射し、中心部の光拡散体１で拡散されて残りの１１本の光ファイバ２から均等に出射する。

１１本の光ファイバ２から出射した光信号は、対応する１１枚の回路基板５の２分岐光ファイバ６の結合側端子に入射し、分岐側端子から出射する。
分岐側端子から出射した光信号は、その一方に接続するＯＥ９２に入射する。
ＯＥ９２は、入射した光信号を電気信号に変換して次のＳＰ８３Ａに伝送する。
ＳＰ８３Ａは、入力された電気信号をシリアルからパラレルに変換して次のＦＩＦＯ８３Ｂに伝送する。
ＦＩＦＯ８３Ｂは、入力された順番にアドレス／データ信号を取り出して集合回路８３に伝送する。
集合回路８３は、４つのＦＩＦＯ８３Ｂから伝送された４つのパケットを順番に並べて１つにまとめ、元のアドレス／データ信号に復元してセレクタ８１に伝送する。
セレクタ８１は、入力されたアドレス／データ信号の宛名が自分の回路基板５に搭載された共有メモリ７１に対するものであるなら、入力されたアドレス／データ信号を自分の回路基板５の共有メモリ７１に伝送し、ＣＰＵ７２に対するものであるなら、入力されたアドレス／データ信号をＣＰＵ７２に伝送する。
以上により、ｎ枚の回路基板５の間でｎ対ｎの双方向通信が可能になる。

本発明を実施した放射型光バスの平面図である。図１の側面図である。本発明の光バスを用いた共有メモリ型並列コンピュータの構成図である。バスにｎ個の回路を接続する構成の説明図である。ｎ個の回路を１対１に接続する構成の説明図である。光ファイバの分岐回路の一例を示す構成図である。

符号の説明

１光拡散体
２光ファイバ
３バス基板
４支柱
５回路基板
６２分岐光ファイバ
７情報処理回路
７１共有メモリ
７２ＣＰＵ
７３ローカルメモリ
８伝送制御回路
８１セレクタ
８２分配回路
８２ＡＦＩＦＯ
８２ＢＰＳ
８３集合回路
８３ＡＳＰ
８３ＢＦＩＦＯ
９光電変換回路
９１ＥＯ
９２ＯＥ
Ｆ２分岐光ファイバ
Ｌロッドレンズ
Ｍハーフミラー
Ｐ端子

Claims

光拡散体を中心に長さが等しいｎ本の光ファイバを放射状に配列してバス基板に固定し、
このバス基板の外周に各光ファイバの先端に対向してｎ枚の回路基板を直立させて取り付け、
しかして前記光ファイバと前記回路基板の外部インタフェースを光接続することを特徴とする放射型光バス。
前記光拡散体を同一軸線上に配置してｍ枚のバス基板を一定の間隔を置いて上下に積層する一方、
前記回路基板にはｍ個の外部インタフェースを設け、
しかして上下に配置したｍ本の光ファイバとｍ個の外部インタフェースを一体に光接続することを特徴とする請求項１記載の放射型光バス。
前記光拡散体は光の透過体に光拡散剤を含ませたものであることを特徴とする請求項１記載の放射型光バス。
前記光拡散体は円形または正ｎ角形の板状に形成したものであることを特徴とする請求項１記載の放射型光バス。
前記光拡散体および光ファイバは前記バス基板に刻成した溝に挿嵌して固定することを特徴とする請求項１記載の放射型光バス。
前記光拡散体および光ファイバの前記溝より露出する上面部分を塗装してそこから洩れる光を遮蔽することを特徴とする請求項５記載の放射型光バス。
前記バス基板は円形または正ｎ角形の板状に形成したものであることを特徴とする請求項１記載の放射型光バス。