JP6218098B2 - 光送信媒体を有する冷却流体導管を備える流体冷却電子回路装置 - Google Patents
光送信媒体を有する冷却流体導管を備える流体冷却電子回路装置 Download PDFInfo
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Description
当該少なくとも1本の冷却導管を介して冷却流体と、
当該光送信媒体を介して電磁信号と、を伝えるよう構成され、
当該ネットワークは電子回路装置の第1のセットの1または複数のコンポーネントと熱的に連通し、かつ
当該ネットワークは電子回路装置の第2のセットの1または複数のコンポーネントと信号通信し、第1のセットおよび第2のセットの複数のコンポーネントは少なくとも部分的にオーバーラップしている。
‐光送信媒体は導管内に配置され、かつ好ましくは、
○光送信媒体の少なくとも一部は少なくとも1本の導管内で自由に延在する、および/または
○当該少なくとも1本の導管の内壁の少なくとも一部は光送信媒体の少なくとも一部によって覆われる。
‐当該少なくとも1本の導管の外壁は、光送信媒体によって覆われ、当該少なくとも1つの覆われた導管は好ましくは外側導管内にある。
‐電子回路装置は、
○光送信媒体に光信号を注入すべく構成される1または複数の光信号注入ユニットであり、好ましくは、信号注入ユニットの少なくとも1つは第2のセットの1または複数のコンポーネントと信号通信する1または複数の光信号注入ユニットと、
○好ましくは第2のセットの1または複数のコンポーネントのために、光送信媒体に沿って伝えられる光信号を収集するよう適合される1または複数の光受信機と、を更に備え、好ましくは、当該複数の光信号注入ユニットのうちの1つおよび当該複数の光受信機のうちの1つは送受信素子または送信−受信素子の一部を形成する。
‐電子回路装置は、組み合わされたネットワークの少なくとも1本の所与の導管にペアにされた、送信媒体と複数の光受信機とを接続するアダプタであり、当該少なくとも1本の所与の導管の光送信媒体を複数の光受信機のうちの少なくともいくつかと光学的に接続する、送信媒体と複数の光受信機とを接続するアダプタ、を更に備え、当該アダプタは、好ましくは、光送信媒体において光学経路を通って伝えられる光信号を収集する、および、収集された光信号を複数の光受信機のうちの1つの方へ向け直す、等するようにそれぞれ配置される複数のレンズまたは複数のマイクロレンズなどの複数の光学素子を備える。
‐光信号注入ユニットはデータ送信機およびレーザー素子などの発光素子の両方を備え、データ送信機は発光素子に結合され、発光素子自体は、組み合わされたネットワークの所与の導管の光送信媒体に結合されてその中への光信号注入を可能にする。
‐複数の光受信機の少なくとも1つは、好ましくはフォトダイオードを備えるフォトディテクタと、好ましくは増幅器に結合されるデジタル信号復元ユニットと、を備え、フォトディテクタはデジタル信号復元ユニットに結合されて組み合わされたネットワークにおいて伝えられる光信号からのデジタル信号復元を可能にする。
‐組み合わされたネットワークは
上流側導管と、
2本の下流側導管と、
接合部と、を更に備え、
2本の下流側導管は、組み合わされたネットワークが第2のセットの少なくとも2つのコンポーネントに接続するよう構成され、上流側および下流側の導管のそれぞれは光送信媒体を備え、
接合部において、当該上流側導管は当該2本の下流側導管へと分岐し、
第2のセットは、好ましくは、当該装置において結合される光信号ルータ、光スイッチ、および/またはファイバスプリッタなどの光スプリッタを備えて光送信媒体において伝えられる光信号をそれぞれ経路設定、切り替え、かつ/または分岐し、
より好ましくは、第2のセットは以下のコンポーネント、
■入出力ブリッジデバイス
■DIMMなどのメモリ集積回路、および
■プロセッサ、好ましくは中央演算処理装置のうちの1または複数を更に備える。
‐当該少なくとも1本の導管の内側部直径に対する当該光送信媒体の厚さなどの断面寸法の比は、0.13未満、好ましくは0.07、より好ましくは0.02であり、当該光送信媒体の断面寸法は、500マイクロメータ未満、好ましくは250マイクロメータ未満、より好ましくは130マイクロメータ未満であり、当該少なくとも1本の導管の内側部直径は、20000マイクロメータ未満、好ましくは5000マイクロメータ未満、より好ましくは3000マイクロメータ未満である。
‐電子回路装置は電気入出力チャネル送信媒体を更に備え、第2のセットのうちの1つのコンポーネントは、一方で光送信媒体に光学的に接続し、かつ他方で当該電気入出力チャネル送信媒体に電気的に接続する、デュアル入出力チップなどのデュアル入出力コンポーネントである。
‐第2のセットのうちの1つのコンポーネントは2D、2.5Dまたは3Dチップであり、組み合わされたネットワークは、チップの少なくとも1つの側面において、かつ/または3Dチップ内で配置され、かつチップの複数の要素を冷却するよう構成される1または複数の導管を備える。
‐第2のセットの複数のコンポーネントは当該組み合わされたネットワークを介して接続される複数のコンポーネントのネットワークを形成し、第2のセットの当該複数のコンポーネントの第1のサブセットは、組み合わされたネットワークの光送信媒体のおかげで第2のセットの当該複数のコンポーネントの第2のサブセットと信号通信し、当該第2のセットの当該複数のコンポーネントは、
○第2のセットの複数のコンポーネントが第2のセットのソースコンポーネントから光学的に接続され、ソースコンポーネントはスイッチ、ハブまたはルータとして構成されるスターネットワーク構成、
○第2のセットの各コンポーネントが第2のセットの2つの他のコンポーネントに光学的に接続されるリングトポロジーまたはデュアルリングトポロジー、または
○第2のセットの全てコンポーネントが2つずつ光学的に接続されるメッシュ網、において配置される。
1.全般的な複数の実施形態および複数のハイレベルの変形例
−入出力IOブリッジデバイス
−DRAM、DIMM等のようなメモリ集積回路
−プロセッサ、好ましくは中央演算処理装置、3Dチップ等、および
−光スイッチ、ハブ、ルータ等、またはそのようなものとして構成される電子回路コンポーネント、またさらにはファイバスプリッタなどのスプリッタ
−データ送信機41
−レーザー素子、例えばVCSEL42。これは、送信機41と共に、コンポーネント10に関連付けられる注入ユニット10iを形成し、コンポーネント10は更に受信機(図示せず)に接続され得る。
−複数の接合部20。例えばファイバスプリッタ22および増幅器24を備える。
−複数の冷却導管または導管部分101a−d、102、103。これらはそれぞれ光送信媒体(例えば、リボンフレックスまたは複数の光ファイバ、図示せず)を備える。 実際は、導管102のような任意の導管は、受信機11r、12r、12arに光学的に接続し、そうしてそれぞれコンポーネント11、12および12aとの信号通信を可能にすべく、場合によっては図3,図4、または図5におけるような複数のアダプタで、図3に見るように直列に組み立てられるいくつかの導管部分を備え得る。
−3つのセットの光受信機11r、12r、12ar。これらはそれぞれコンポーネント11、12および12aへの接続を可能にする。当該セットはそれぞれ、以下を備える。
−フォトダイオード45
−ダイオードバイアス46
−トランスインピーダンス増幅器47、および
−デジタル信号復元ユニット48。これは要素45−47と共に受信機の一部を形成するものとみなされ得る。復元されたデジタル信号はユニット48の出力において得られる。
−図2Bはスターネットワーク構成を示す。ここで、コンポーネント11、12、12aは、ソースコンポーネント10、例えばスイッチ、ハブまたはルータ、から光学的に接続され、各接続は1つまたは2つの接合部20を通る。
−図2Cはリングトポロジーを図示する。リングトポロジーによって、各コンポーネント10−12aは、2つの他のコンポーネントに光学的に接続し、各ノード10、11、12、12aを通って複数の信号用の単一の連続経路を形成する。2つの接合部20はさらに複数の光接続を制約する。故にデータは、経路に沿った各ノードが信号を処理して、ノードからノードへと進み得る。そのようなトポロジーは任意の2つのノードの間でただ1つの経路を提供し、故に単一のリンクの障害によって中断させられ得るので、それ自体既知であるように、デュアルリング状のトポロジーが好適であり得る。
−図2Dはメッシュ網を示す。ここで、第2のセットの全てのコンポーネント10−12aは、2つの接合部20のうちの1つ、または2つの接合部20を介して2つずつ光学的に接続される。これは、冷却導管ネットワークのトポロジー上に位置する(部分的にのみ、なぜなら全ての導管が位置付けられる必要はないから)、完全に接続された光ネットワークの例である。そのような接続されたネットワークは切り替えまたは一斉送信を必要としない。接続の数はノードの数に対して二次関数的に増えるので、その適用は、低減されたノードの数、例えば典型的に、本文脈においては20未満に制限される。
−段階S10:混合ネットワーク100において光学的にデータ、例えば複数のIOチャネル、を伝えるべく、複数の導管の光送信媒体60に光信号70を注入する、および
−段階S60:光送信媒体において伝えられる光信号を収集する。先に既に説明されたように、注入される信号は、組み合わされたネットワーク100の所与のコンポーネント10−12a(または任意の外部コンポーネント)から発され得る一方で、集められた信号は典型的に、ネットワーク100の1または複数の他のコンポーネント10−12aに分配すべく変換される。
2.[具体的実施形態/技術的実装の詳細]
本明細書によれば、以下の各項目に記載の構成もまた開示される。
(項目1)
光送信と冷却流体導管とが組み合わされたネットワークを備える電子回路装置であって、前記ネットワークは光送信媒体を備える少なくとも1本の冷却導管を備え、前記ネットワークは、
前記少なくとも1本の冷却導管を介して冷却流体を、および、
前記光送信媒体を介して電磁信号を、伝え、
前記ネットワークは前記電子回路装置の第1のセットの1または複数のコンポーネントと熱的に連通し、かつ、
前記ネットワークは前記電子回路装置の第2のセットの1または複数のコンポーネントと信号通信し、
前記第1のセットおよび前記第2のセットの複数のコンポーネントは少なくとも部分的にオーバーラップしている、
電子回路装置。
(項目2)
前記光送信媒体は前記導管内に配置され、好ましくは、前記光送信媒体の少なくとも一部が前記少なくとも1本の導管内に自由に延在する、および、前記少なくとも1本の導管の内壁の少なくとも一部が前記光送信媒体の少なくとも一部によって覆われる、の少なくとも一方である、
項目1に記載の電子回路装置。
(項目3)
前記少なくとも1本の導管の外壁は前記光送信媒体によって覆われ、好ましくは、前記少なくとも1本の覆われた導管は外側導管内にある、
項目1に記載の電子回路装置。
(項目4)
前記電子回路装置は、
前記光送信媒体に光信号を注入する1または複数の光信号注入ユニットであり、好ましくは、前記複数の光信号注入ユニットの少なくとも1つは前記第2のセットの1または複数のコンポーネントと信号通信する1または複数の光信号注入ユニットと、
好ましくは、前記第2のセットの1または複数のコンポーネントのために、前記光送信媒体に沿って伝えられる光信号を収集する1または複数の光受信機と、を更に備え、好ましくは、前記複数の光信号注入ユニットのうちの1つおよび前記複数の光受信機のうちの1つは送受信素子または送信−受信素子の一部を形成する、
項目1から3の何れか一項に記載の電子回路装置。
(項目5)
前記組み合わされたネットワークの少なくとも1本の所与の導管にペアにされた、送信媒体と複数の光受信機とを接続するアダプタであり、前記少なくとも1本の所与の導管の光送信媒体を前記複数の光受信機のうちの少なくともいくつかと光学的に接続する、送信媒体と複数の光受信機とを接続するアダプタ、を更に備え、前記アダプタは、好ましくは、前記光送信媒体において光学経路を通って伝えられる光信号を収集する、および、収集された光信号を前記複数の光受信機のうちの1つの方へ向け直す等するようにそれぞれ配置される複数のレンズまたは複数のマイクロレンズなどの複数の光学素子を備える、
項目4に記載の電子回路装置。
(項目6)
前記光信号注入ユニットはデータ送信機およびレーザー素子などの発光素子の両方を備え、前記データ送信機は前記発光素子に結合され、前記発光素子それ自体は、前記組み合わされたネットワークの所与の導管の光送信媒体に結合されてその中への光信号注入を可能にする、
項目4または5に記載の電子回路装置。
(項目7)
前記複数の光受信機の少なくとも1つは、好ましくはフォトダイオードを備えるフォトディテクタと、好ましくは増幅器に結合されるデジタル信号復元ユニットと、を備え、前記フォトディテクタは前記デジタル信号復元ユニットに結合されて前記組み合わされたネットワークにおいて伝えられる光信号からのデジタル信号復元を可能にする、
項目4から6の何れか一項に記載の電子回路装置。
(項目8)
前記組み合わされたネットワークは、
上流側導管と、
2本の下流側導管と、
接合部と、を更に備え、
前記2本の下流側導管は、前記組み合わされたネットワークが前記第2のセットの少なくとも2つのコンポーネントに接続するよう構成され、前記上流側導管および下流側導管のそれぞれは光送信媒体を備え、
前記接合部において、前記上流側導管は前記2本の下流側導管へと分岐し、
前記第2のセットは、好ましくは、前記装置において結合される光信号ルータ、光スイッチ、およびファイバスプリッタなどの光スプリッタのうちの少なくとも1つを備えて前記光送信媒体において伝えられる光信号をそれぞれ経路設定、切り替え、および分岐のうちの少なくとも1つを行い、
より好ましくは、前記第2のセットは以下のコンポーネント、
入出力(IO)ブリッジデバイス、
DIMMなどのメモリ集積回路、および、
プロセッサ、好ましくは中央演算処理装置のうちの1または複数を更に備える、
項目1から7の何れか一項に記載の電子回路装置。
(項目9)
前記少なくとも1本の導管の内側部直径に対する前記光送信媒体の厚さなどの断面寸法の比は、0.13未満、好ましくは0.07、より好ましくは0.02であり、
前記光送信媒体の前記断面寸法は、500マイクロメータ未満、好ましくは250マイクロメータ未満、およびより好ましくは130マイクロメータ未満であり、
前記少なくとも1本の導管の内側部直径は、20000マイクロメータ未満、好ましくは5000マイクロメータ未満、およびより好ましくは3000マイクロメータ未満である、
項目1から8の何れか一項に記載の電子回路装置。
(項目10)
前記電子回路装置は電気入出力チャネル送信媒体を更に備え、前記第2のセットのうちの1つのコンポーネントは、一方で前記光送信媒体に光学的に接続し、かつ他方で前記電気入出力チャネル送信媒体に電気的に接続する、デュアル入出力チップなどのデュアル入出力コンポーネントである、
項目1から9の何れか一項に記載の電子回路装置。
(項目11)
前記第2のセットのうちの1つのコンポーネントは2D、2.5Dまたは3Dチップであり、前記組み合わされたネットワークは、前記チップの少なくとも1つの側面および3Dチップ内の少なくとも1つにおいて配置され、かつ前記チップの複数の要素を冷却する1または複数の導管を備える、
項目1から10の何れか一項に記載の電子回路装置。
(項目12)
前記第2のセットの複数のコンポーネントは前記組み合わされたネットワークを介して接続される複数のコンポーネントのネットワークを形成し、前記第2のセットの前記複数のコンポーネントの第1のサブセットは、前記組み合わされたネットワークの光送信媒体のおかげで前記第2のセットの前記複数のコンポーネントの第2のサブセットと信号通信し、前記第2のセットの前記複数のコンポーネントは、
−前記第2のセットの複数のコンポーネントが前記第2のセットのソースコンポーネントから光学的に接続され、前記ソースコンポーネントはスイッチ、ハブまたはルータとして構成されるスターネットワーク構成、
−前記第2のセットの各コンポーネントが前記第2のセットの2つの他のコンポーネントに光学的に接続されるリングトポロジーまたはデュアルリングトポロジー、または、
−前記第2のセットの全てコンポーネントが2つずつ光学的に接続されるメッシュ網、において配置される、
項目1から11の何れか一項に記載の電子回路装置。
(項目13)
項目1から11の何れか一項に記載の電子回路装置において光信号を伝えるための方法であって、
少なくとも1本の導管の光送信媒体において光信号を伝えるべく、前記少なくとも1本の導管の光送信媒体に光信号を注入する段階と、
前記光送信媒体において伝えられる光信号を収集する段階と、を備える、
方法。
(項目14)
前記注入する段階は、前記送信媒体において複数の入出力チャネルを光学的に伝える等すべく実行される、
項目13に記載の方法。
(項目15)
前記第2のセットの複数のコンポーネントへ、前記第2のセットの複数のコンポーネントから、または前記第2のセットの複数のコンポーネントの間で信号を伝えるべく、前記送信媒体において光信号を経路設定する段階、分岐する段階、または切り替える段階、
および好ましくは、光信号を増幅する段階を更に備え、より好ましくは、増幅する段階は、光信号の注入、収集および経路設定の少なくとも1つ、分岐、または切り替えの後に実行される、
項目13または14に記載の方法。
10−12a 冷却され、かつ光学的に接続されたコンポーネント(第2のセット)
100 光送信と冷却流体導管とが組み合わされたネットワーク
101−103 混合導管(または導管部分)
101a−d,s 混合導管、導管部分
102i 導管の内壁
102o 導管の外壁 10i 光信号注入ユニット 11−16 冷却されたコンポーネント(第1のセット)
11r、12r、12ar 光受信機(または送受信機若しくは送信機−受信機)
120 外側導管
153−155 冷却(のみ)の導管
20 接合部
22 スプリッタ
24 増幅器
200 電気バスネットワーク
211−216 電気バス接続
41 データ送信機
42 レーザー素子(例えばVCSEL
45−46 フォトディテクタ
45 フォトダイオード
46 ダイオードバイアス
47 (トランスインピーダンス)増幅器
48 デジタル信号復元ユニット
50 冷却流体
60 光送信媒体
70 電磁信号
72 光学経路(複数の場合もある)
80、80a 送信媒体と光受信機とを接続するアダプタ
83 位置合わせピン
84 位置合わせギャップ
Claims (13)
- 光送信と冷却流体導管とが組み合わされたネットワークを備える電子回路装置であって、前記ネットワークは光送信媒体を備える少なくとも1本の冷却導管を備え、前記ネットワークは、
前記少なくとも1本の冷却導管を介して冷却流体を、および
前記光送信媒体を介して電磁信号を、伝え、
前記ネットワークは前記電子回路装置の第1のセットの複数のコンポーネントと熱的に連通し、かつ
前記ネットワークは前記電子回路装置の第2のセットの1または複数のコンポーネントと信号通信し、
前記第2のセットの1または複数のコンポーネントは前記第1のセットの複数のコンポーネントのうちのサブセットであり、
前記光送信媒体は、前記少なくとも1本の導管内に配置され、前記少なくとも1本の導管の内壁の少なくとも一部を前記内壁の形状に沿って覆う、
電子回路装置。 - 前記電子回路装置は、
前記光送信媒体に光信号を注入する1または複数の光信号注入ユニットであり、前記複数の光信号注入ユニットの少なくとも1つは前記第2のセットの1または複数のコンポーネントと信号通信する、1または複数の光信号注入ユニットと、
前記第2のセットの1または複数のコンポーネントのために、前記光送信媒体に沿って伝えられる光信号を収集する1または複数の光受信機と、を更に備え、
前記複数の光信号注入ユニットのうちの1つおよび前記複数の光受信機のうちの1つは送受信素子または送信−受信素子の一部を形成する
請求項1に記載の電子回路装置。 - 前記組み合わされたネットワークの少なくとも1本の所与の導管にペアにされた、送信媒体と複数の光受信機とを接続するアダプタであり、前記少なくとも1本の所与の導管の光送信媒体を前記複数の光受信機のうちの少なくともいくつかと光学的に接続する、送信媒体と複数の光受信機とを接続するアダプタ、を更に備え、
前記アダプタは、前記光送信媒体において光学経路を通って伝えられる光信号を収集する、および、収集された光信号を前記複数の光受信機のうちの1つの方へ向け直すようにそれぞれ配置される複数の光学素子を備える
請求項2に記載の電子回路装置。 - 前記1または複数の光信号注入ユニットはデータ送信機および発光素子の両方を備え、前記データ送信機は前記発光素子に結合され、前記発光素子それ自体は、前記組み合わされたネットワークの所与の導管の光送信媒体に結合されてその中への光信号注入を可能にする
請求項2または3に記載の電子回路装置。 - 前記複数の光受信機の少なくとも1つは、フォトディテクタと、デジタル信号復元ユニットと、を備え、
前記フォトディテクタは前記デジタル信号復元ユニットに結合されて前記組み合わされたネットワークにおいて伝えられる光信号からのデジタル信号復元を可能にする
請求項2から4の何れか一項に記載の電子回路装置。 - 前記組み合わされたネットワークは
上流側導管と、
2本の下流側導管と、
接合部と、を更に備え、
前記2本の下流側導管は、前記組み合わされたネットワークが前記第2のセットの少なくとも2つのコンポーネントに接続するよう構成され、前記上流側導管および下流側導管のそれぞれは光送信媒体を備え、
前記接合部において、前記上流側導管は前記2本の下流側導管へと分岐し、
前記第2のセットは、光信号ルータ、光スイッチ、および光スプリッタのうちの少なくとも1つを備えて前記光送信媒体において伝えられる光信号をそれぞれ経路設定、切り替え、および分岐のうちの少なくとも1つを行い、
前記第2のセットは以下のコンポーネント、
入出力(IO)ブリッジデバイス
メモリ集積回路、および
プロセッサのうちの1または複数を更に備える
請求項1から5の何れか一項に記載の電子回路装置。 - 前記少なくとも1本の導管の内側部直径に対する前記光送信媒体の断面寸法の比は、0.13未満であり、
前記光送信媒体の前記断面寸法は、500マイクロメータ未満であり、
前記少なくとも1本の導管の内側部直径は、20000マイクロメータ未満である
請求項1から6の何れか一項に記載の電子回路装置。 - 前記電子回路装置は電気入出力チャネル送信媒体を更に備え、前記第2のセットのうちの1つのコンポーネントは、前記光送信媒体に光学的に接続し、かつ前記電気入出力チャネル送信媒体に電気的に接続するデュアル入出力コンポーネントである
請求項1から7の何れか一項に記載の電子回路装置。 - 前記第2のセットのうちの1つのコンポーネントは2D、2.5Dまたは3Dチップであり、前記組み合わされたネットワークは、前記チップの少なくとも1つの側面および3Dチップ内の少なくとも1つにおいて配置され、かつ前記チップの複数の要素を冷却する1または複数の導管を備える
請求項1から8の何れか一項に記載の電子回路装置。 - 前記第2のセットの複数のコンポーネントは前記組み合わされたネットワークを介して接続される複数のコンポーネントのネットワークを形成し、前記第2のセットの前記複数のコンポーネントの第1のサブセットは、前記組み合わされたネットワークの光送信媒体によって前記第2のセットの前記複数のコンポーネントの第2のサブセットと信号通信し、前記第2のセットの前記複数のコンポーネントは、
−前記第2のセットの複数のコンポーネントが前記第2のセットのソースコンポーネントから光学的に接続され、前記ソースコンポーネントはスイッチ、ハブまたはルータとして構成されるスターネットワーク構成、
−前記第2のセットの各コンポーネントが前記第2のセットの2つの他のコンポーネントに光学的に接続されるリングトポロジーまたはデュアルリングトポロジー、または
−前記第2のセットの全てコンポーネントが2つずつ光学的に接続されるメッシュ網、において配置される
請求項1から9の何れか一項に記載の電子回路装置。 - 請求項1から9の何れか一項に記載の電子回路装置において光信号を伝えるための方法であって、
少なくとも1本の導管の光送信媒体において光信号を伝えるべく、前記少なくとも1本の導管の光送信媒体に光信号を注入する段階と、
前記光送信媒体において伝えられる光信号を収集する段階と、を備える
方法。 - 前記注入する段階は、前記光送信媒体において複数の入出力チャネルを光学的に伝えるべく実行される
請求項11に記載の方法。 - 前記第2のセットの複数のコンポーネントへ、前記第2のセットの複数のコンポーネントから、または前記第2のセットの複数のコンポーネントの間で信号を伝えるべく、前記光送信媒体において光信号を経路設定する段階、分岐する段階、または切り替える段階、
および、光信号を増幅する段階を更に備え、増幅する段階は、光信号の注入、収集および経路設定の少なくとも1つ、分岐、または切り替えの後に実行される
請求項11または12に記載の方法。
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