TWI481209B - 機櫃至機櫃光學通訊 - Google Patents

Description

機櫃至機櫃光學通訊

本發明主要有關於機櫃至機櫃光學通訊(例如，機櫃至機櫃自由空間光學)。

(1)隨著百萬兆等級(exascale)運算及企業集群變得越來越重要，電腦的機櫃之間的資料傳輸及輸入/輸出(I/O)將越來越對性能及電力定標造成限制。此外，隨著時間的推移，資料中心將需要管理越來越多動態改變的多租用(multi-tenancy)。啟用無需人工介入的動態可重組態資料中心將提供重要的成本節省，且對自動化資料中心組態很有幫助。

(2)光纖目前用來在大部分資料中心中的伺服器機櫃之間耦合。然而，光纖電纜為人力密集且龐大，並且在中繼段之間需要大規模的電光轉換。此外，每一條光纖需要人工修剪及安裝(例如，在爬行空間中)且在每一端需要電光模組。再者，大型互連光纖需要在主及本地光纖電纜之間的複雜電子縱橫交換。因此，需要一種在資料中心中的計算機櫃(比如伺服器機櫃)之間耦合的新方式。

【發明內容及實施方式】

本發明之一些實施例有關於機櫃光學通訊(例如，機櫃至機櫃自由空間光學)。

在一些實施例中，光收發器與一計算機櫃關聯並調適成經由空中傳送一或更多光束至與第二計算機櫃關聯的第二光收發器及/或從該第二光收發器接收該一或更多光束，以在該計算機櫃與該第二計算機櫃之間傳遞資訊。

根據一些實施例，自由空間光學(FSO)互連用來連接計算機櫃(例如，伺服器機櫃及/或資料中心中的伺服器機櫃)。在一些實施例中，使用直接點對點鏈結來耦合計算機櫃。在一些實施例中，使用鏡子(例如，使用吊頂式鏡子)來耦合計算機櫃。

根據一些實施例，自由空間光學(FSO)鏈結可為具有高調變資料量(每秒數百Gb或十億位元)之雷射指標光載波。在數百公尺上以高準直度(例如在接收器少於一吋的分散)引導窄雷射束。根據一些實施例，雷射束可從鏡子(例如天花板上的鏡子)加以反射；可與其他雷射束相交而無干擾；且/或可在接收端被角度選擇性光學件檢測到以移除多束串擾。

根據一些實施例，千兆等級電腦機櫃支援大量(例如一萬個)FSO傳送器/接收器(FSO收發器)。在一些實施例中，這些FSO收發器整合在晶圓或晶片接合板上(例如，在機櫃頂部的小墊中)。根據一些實施例，FSO收發器在例如一至一百公尺的距離上產生具有數百TB/s(每秒兆位元組)之高通量織物。根據一些實施例，使用FSO收發器來耦合計算機櫃將免除與光纖互連關聯(例如，與用於exascale計算集群之光纖互連關聯)之糾纏、成本、及 潛時。根據一些實施例，FSO收發器用來產生無電纜之隨插即用的資料中心。

根據一些實施例，自由空間光學(FSO)為一種光學通訊技術，使用在自由空間中傳播之光來在兩個點之間傳送資料。此技術可用於例如通過光纖電纜之實體連結因高成本或其他考量而不可行之情況。

根據一些實施例，可使用紅外雷射光實現自由空間光鏈結，雖然在短距離上也可有使用發光二極體(LED)的低資料率通訊。根據一些實施例，紅外資料協會(IrDA)為FSO的一種簡單的版本。在一些實施例中，IrDA界定透過紅外光的短範圍資料交換之通訊協定標準的實體規格。自由空間光學先前也已用於太空船之間的通訊，雖然這種鏈結的穩定性及品質高度取決於大氣條件，比如雨、霧、灰塵、及熱。自由空間光學可用來連接區域網路(LAN)；跨過非發送者及接收者所擁有的公共道路或其他障礙；提供對光纖網路之高頻寬存取的快速服務傳遞等等。

在美國僅約百分之五的商業建築具有到其大門之光纖連結，雖然大部分都在光纖連結的一哩左右內。此「最後一哩」已被證明為擴展寬頻服務至許多潛在客戶的主要瓶頸。因此，自由空間光學(FSO)已被視為在此「最後一哩」內提供通訊以將快速連結帶到許多建築的門前之一個可行的選擇。

FSO系統係基於FSO收發器，其包括例如一或更多雷射二極體傳送器及一相應的接收器(例如，在一殼體中還 包括光透鏡、資料處理器、纖維連結、及/或對準系統)。FSO技術為協定不相干，且可支援許多不同類型的網路。它可與例如ATM、SONET、Gigabit Ethernet、或幾乎任何其他類型的網路或通訊協定一起使用。

FSO收發器可位在幾乎任何地方(例如，在屋頂上、在建築的角落上、在窗子後面的室內中、等等)。先前已經以變動的距離使用FSO收發器之間的鏈結距離(例如，在一些戶外應用中高達一哩或更多)。

已基於不同波長使用FSO網路。例如，已使用基於780奈米(nm)、850 nm、或1,550 nm雷射波長系統之FSO網路，其具有不同電力及距離特性。已在光譜的無管制部分中操作FSO，因此美國聯邦通信委員會(Federal Communications Commission)並無要求執照。

根據一些實施例，自由空間光學(FSO)為光學無線技術，其提供全雙工Gigabit Ethernet通量。此視線範圍技術使用例如看不見的光束來提供光學頻寬連結。在一些實施例中，FSO能夠經由空中同時發送高達每秒1.25 Gb的資料、聲音、及視頻通訊，允許光纖連接性而不需任何實體光纖電纜。光在空氣中比在玻璃中行進更快速，且FSO技術允許在光速之通訊。

第1圖繪示根據一些實施例的系統100。在一些實施例中，系統100包括計算機櫃102(例如，在資料中心中之伺服器機櫃及/或計算機櫃)及計算機櫃104(例如，在相同資料中心中之伺服器機櫃及/或計算機櫃)。在一些 實施例中，自由空間光學(FSO)收發器122係包括在例如計算機櫃102之中、之上、附近、周圍、及/或下方。在一些實施例中，自由空間光學(FSO)收發器142係包括在例如計算機櫃104之中、之上、附近、周圍、及/或下方。根據一些實施例，FSO收發器122及FSO收發器142提供一種經由光束162(例如，紅外光束、發光二極體光束、雷射束、及/或紅外雷射束)通訊式耦合計算機櫃102及計算機櫃104的方式。

在一些實施例中，系統100提供計算機櫃102與計算機櫃104之間的點對點光束鏈結。雖然將系統100繪示成僅具有兩個計算機櫃102及104，注意到在一些實施例中，系統100包括更大數量的計算機櫃及關聯的FSO收發器，其中每一個FSO收發器促成在其關聯的計算機櫃與一或更多(或全部)的其他FSO收發器及其關聯的計算機櫃之間的經由光束之直接點對點鏈結。

在一些實施例中，每一個FSO收發器包括若干FSO收發器(例如，大量的FSO收發器)。在一些實施例中，FSO收發器的每一個包括大量的FSO收發器，其各整合到例如晶圓或晶片接合板上。在一些實施例中，積體FSO收發器係整合到一關聯的計算機櫃之中、之上、或附近的小墊中(例如，在一些實施例中，在機櫃頂部的小墊中)。

第1圖繪示具有使用直接點對點鏈結來耦合計算機櫃(例如，在資料中心中的計算機櫃及/或伺服器機櫃)的FSO互連之系統100。然而，在一些實施例中，FSO互連 使用間接鏈結(例如，經由鏡子)來耦合計算機櫃。

第2圖繪示根據一些實施例的系統200。在一些實施例中，系統200包括光源222(例如，在一些實施例中，雷射)、接收器242、及鏡子252。在一些實施例中，光源222為與第一計算機櫃關聯(例如，被包括在計算機櫃之中、之上、附近、周圍、及/或下方)之自由空間光學(FSO)收發器。在一些實施例中，接收器242為與第二計算機櫃關聯(例如，被包括在第二計算機櫃之中、之上、附近、周圍、及/或下方)之自由空間光學(FSO)收發器。根據一些實施例，光源222、接收器242、及鏡子252提供一種經由光束262(例如，紅外光束、發光二極體光束、雷射束、及/或紅外雷射束)通訊式耦合兩個計算機櫃的方式。光束262係從光源222提供；自鏡子252反射；並由接收器242接收。在一些實施例中，這提供通訊式耦合兩或更多計算機櫃(例如，在一些實施例中，在資料中心中的兩或更多計算機櫃及/或伺服器機櫃)之間接鏈結。

第3圖繪示根據一些實施例的系統300。在一些實施例中，系統300包括計算機櫃302(例如，在資料中心中的計算機櫃及/或伺服器機櫃)及計算機櫃304(例如，在相同資料中心中之伺服器機櫃及/或計算機櫃)。在一些實施例中，自由空間光學(FSO)收發器322係包括在例如計算機櫃302之中、之上、附近、周圍、及/或下方。在一些實施例中，自由空間光學(FSO)收發器342係包 括在例如計算機櫃304之中、之上、附近、周圍、及/或下方。根據一些實施例，FSO收發器322及FSO收發器342提供一種經由反射光束362(例如，紅外光束、發光二極體光束、雷射束、及/或紅外雷射束)的鏡子352通訊式耦合計算機櫃302及計算機櫃304的方式。在一些實施例中，鏡子352為吊頂式鏡子。

在一些實施例中，系統300提供計算機櫃302與計算機櫃304之間的間接光束鏈結。雖然將系統300繪示成具有兩個計算機櫃302及304，注意到在一些實施例中，系統300包括更大數量的計算機櫃及關聯的FSO收發器，其中每一個FSO收發器促成在其關聯的計算機櫃與一或更多(或全部)的其他FSO收發器及其關聯的計算機櫃之間的經由光束之間接鏈結。在一些實施例中，一些FSO收發器經由直接點對點光束鏈結耦合其關聯的計算機櫃且一些FSO收發器經由使用鏡子352及/或複數鏡子的間接光束鏈結來耦合其關聯的計算機櫃。

在一些實施例中，第3圖中之每一個FSO收發器包括包括若干FSO收發器(例如，大量的FSO收發器)。在一些實施例中，FSO收發器的每一個包括大量的FSO收發器，其各整合到例如晶圓或晶片接合板上。在一些實施例中，積體FSO收發器係整合到一關聯的計算機櫃之中、之上、或附近的小墊中(例如，在一些實施例中，在機櫃頂部的小墊中)。

根據一些實施例，自由空間鏈結移除掉重組態計算機 櫃(例如在資料中心中)之任何人的參與。根據一些實施例，與光纖電纜關聯的消極方面不是關注的事。

根據一些實施例，鏡子係在包括微鏡束控制的方式中。根據一些實施例，獲取及/或追蹤主動目標(鏡子或其他計算機櫃)。在一些實施例中，與晶片上光子電路一起使用自由空間聚束(例如，用於分波多工及調變)。根據一些實施例，使用FSO技術允許I/O比計算一樣快或更快定標。

根據一些實施例，雷射束可從鏡子(例如，天花板上的鏡子)被反射；可與其他雷射束相交而無干擾；且/或可在接收端被角度選擇性光學件檢測到以移除多束串擾。

根據一些實施例，在一至一百公尺級實現高通量互連，允許至少I/O成本的兩倍減少、I/O潛時的六倍減少、及/或I/O頻寬的一萬倍增加，克服傳統光學互連的限制。 一些實施例在無需安裝及維護資料中心中的電纜所需的大量人力上提供可觀的成本節省。一些實施例提供自動化遠端資料中心管理。另外，一些實施例提供高頻寬及低潛時，且有可能產生新的編程模型及系統架構模型。

一些實施例使用利用例如光束、雷射光、紅外光、紅外雷射光、及/或發光二極體(LED)、等等之自由空間光學(FSO)光束傳輸。

一些實施例提供下列特徵之一或更多者：

1.一萬個傳送器/接收器(收發器)

2.吊頂式鏡子

3. 1-100公尺自由空間範圍

4.半導體光學放大器(SOA)與分波多工及20 GBps調變器的整合，至低發散束之模式耦合。這允許光學IC應付大量的多工光學信號，並接著將所得之光學信號放大成適合自由空間傳播及瞄準之低發散束。

5.方向性光學件以移除在接收器之空間束重疊

6.針對方向性之微機電系統(MEMS)鏡子/透鏡

7.針對位置及方位的條碼鏡

8.符合DARPA Exascale I/O願景及/或要求

9.各種發現機制

10.針對聚焦之橡膠吊頂鏡

11.針對快速旋轉加密方案的安全鑰匙散佈之量子光學

12.各種廣播模式(例如，快速系統中斷)

13.針對互連拓撲選擇之空間鏈結(例如，機櫃到近機櫃到跨室鏈結)

14.眼睛安全

15.抗震動技術

16.針對大氣條件(例如，熱羽流)之調適性控制

17.鏡子(例如，吊頂鏡)中的光學路徑交換

18.由光管連接之鏡子(例如，吊頂鏡)

19.具有功率提高之SOA的鏡子(例如，吊頂鏡)

20.具有無線功率之鏡子(例如，吊頂鏡)

21.移至下方及/或下層地板路由之鏡子

22.視化束以供診斷及除錯之技術

23.束安全機制以檢測竊聽

雖已在此將一些實施例敘述成以特定方式實現，根據一些實施例，可能不需這些特定實作。

雖已參照特定實作敘述一些實施例，根據一些實施例可有其他實作。另外，在圖中所示及/或本文所述的電路元件或其他特徵之配置及/或順序無需以所示及所述的特定方式加以配置。根據一些實施例可有許多其他配置。

在圖中所示的每一個系統中，元件在某些情況中可各具有相同參考數字或不同參數字以意味著所表示之元件可為不同及/或類似。然而，元件可夠彈性以具有不同的實作並與本文所示或所述之一些或全部的系統一起工作。在圖中所示的各種元件可為相同或不同。哪個稱為第一元件且哪個稱為第二元件為任意。

在說明書及申請專利範圍中，可使用術語「耦合」及「連接」，還有其之衍生詞。當然這些用語並非意圖為彼此之同義詞。確切地，在特定的實施例中，「連接」可用來指示兩或更多元件為彼此直接物理或電接觸。「耦合」可意指兩或更多元件為直接物理或電接觸。然而，「耦合」亦可意指兩或更多元件非彼此直接接觸，但仍彼此合作或互動。

演算法在此，且一般地，視為導致希望結果的自我一致的動作或操作序列。這些包括物理量之物理操縱。通常，雖非必要，這些量具有電或磁信號的形式，可被儲存、 轉移、結合、比較、或否則操縱。已證明有時為了方便，主要是因慣用語的緣故，將這些信號稱為位元、值、元件、符號、字符、項、數字或類似者。然而，應了解到所有這些及類似術語應與適當物理量關聯且僅為施加至這些量的方便標記。

在硬體、韌體、及軟體之一或結合中實現一些實施例。亦可將一些實施例實現為儲存在機器可讀取媒體上之指令，可由計算平台加以讀取並執行以履行在此所述之操作。機器可讀取媒體可包括以機器(例如，電腦)可讀取的形式來儲存或傳送資訊的任何機制。例如，機器可讀取媒體可包括唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、磁碟儲存媒體、光儲存媒體、快閃記憶體裝置、電性、光學、音學、或其他形式的傳播信號(例如，載波、紅外信號、數位信號，傳送及/或接收信號的介面等等)、及其他者。

一實施例為本發明之實作或範例。在說明書中對於「實施例(an embodiment)」、「一實施例(one embodiment)」、「一些實施例」、或「其他實施例」的參照意指連同該些實施例所述的特定特徵、結構、或特性係包括在本發明之至少一些實施例中，但非一定全部實施例中。各處中「實施例(an embodiment)」、「一實施例(one embodiment)」、或「一些實施例」的出現並非一定皆參照相同的實施例。

並非在此所述之所有組件、特徵、結構、特性等等都 必須包括在一特定實施例或多個實施例中。若說明書指出例如「可能(may，might)」、「可(can，could)」包括一組件、特徵、結構、特性，則不需一定得包括那個特定的組件、特徵、結構、特性。若說明書或申請專利範圍提及「一」元件，並不意指僅有該元件之一個。若說明書或申請專利範圍提及「一額外」元件，則不排除有超過一個該額外元件。

雖可能已在本文中使用流程圖及/或狀態圖來描述實施例，本發明不限於那些流程圖或在本文中之對應說明。例如，流程無需移動經過每一個所示的方塊或狀態或以在本文中所示及所述之確切相同的順序移動經過。

本發明不侷限於在本文中所列之特定細節。確實，在獲得此揭露之益處的熟悉此項技術人士可認知到可對上述說明及圖示做出在本發明之範疇內的許多其他變化。依此，將由下列申請專利範圍，包括對其之任何修改，以界定本發明之範疇。

100‧‧‧系統

102‧‧‧計算機櫃

104‧‧‧計算機櫃

122‧‧‧自由空間光學收發器

142‧‧‧自由空間光學收發器

162‧‧‧光束

200‧‧‧系統

222‧‧‧光源

262‧‧‧光束

300‧‧‧系統

302‧‧‧計算機櫃

304‧‧‧計算機櫃

322‧‧‧自由空間光學收發器

342‧‧‧自由空間光學收發器

352‧‧‧鏡子

362‧‧‧光束

從詳細說明及從本發明之一些實施例的附圖更完整了解本發明，然而，這些詳細說明及附圖不應視為限制本發明於所述的特定實施例，但僅作為解釋及理解用。

第1圖繪示根據本發明之一些實施例的系統。

第2圖繪示根據本發明之一些實施例的系統。

第3圖繪示根據本發明之一些實施例的系統。

100‧‧‧系統

102‧‧‧計算機櫃

104‧‧‧計算機櫃

122‧‧‧自由空間光學收發器

142‧‧‧自由空間光學收發器

162‧‧‧光束

Claims (17)

1. 一種用於機櫃至機櫃光學通訊之設備，包含：一第一光收發器，與一第一計算機櫃關聯並調適成經由空中以執行一或更多光束之傳送及接收的至少一者至及/或自與第二計算機櫃關聯的一第二光收發器，以在該第一計算機櫃與該第二計算機櫃之間傳遞資訊，其中該第一光收發器調適成使用角度選擇光學件來檢測從該第二光收發器傳送的一或更多光束以移除多束串擾。
2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一光收發器為自由空間光學收發器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中經由在該第一光收發器與該第二光收發器之間的一或更多鏡子反射該一或更多光束。
4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一計算機櫃為伺服器機櫃。
5. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一計算機櫃及該第二計算機櫃位在資料中心中。
6. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該一或更多光束為一或更多雷射光束、紅外光束、紅外雷射光束、及/或發光二極體光束。
7. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一光收發器調適成經由空中傳送一或更多光束至與一第三計算機櫃關聯的一第三光收發器及/或從該第三光收發器接收該一或更多光束，以在該第一計算機櫃與該第三計算機 櫃之間傳遞資訊。
8. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該第一光收發器耦合至該第一計算機櫃、安裝至該第一計算機櫃、位在該第一計算機櫃之中、之上、附近、周圍、及/或下方。
9. 一種用於機櫃至機櫃光學通訊之系統，包含：一第一計算機櫃；一第一光收發器，耦合至該第一計算機櫃並調適成經由空中以執行一或更多光束之傳送及接收的至少一者；一第二計算機櫃；一第二光收發器，與該第二計算機櫃關聯並調適成經由空中以執行該一或更多光束之傳送及接收的至少一者；其中該第一光收發器和該第二光收發器經由該一或更多光束在該第一計算機櫃與該第二計算機櫃之間傳遞資訊；以及其中該第一光收發器調適成使用角度選擇光學件來檢測從該第二收發器傳送的一或更多光束以移除多束串擾。
10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該第一光收發器及該第二光收發器為自由空間光學收發器。
11. 如申請專利範圍第9項所述之系統，進一步包含一或更多鏡子，其中經由在該第一光收發器與該第二光收發器之間的該一或更多鏡子反射該一或更多光束。
12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該一或更多鏡子的至少一者為吊頂式鏡子。
13. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該第一計算機櫃為伺服器機櫃且該第二計算機櫃為伺服器機櫃。
14. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該第一計算機櫃及該第二計算機櫃位在資料中心中。
15. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該一或更多光束為一或更多雷射光束、紅外光束、紅外雷射光束、及/或發光二極體光束。
16. 如申請專利範圍第9項所述之系統，進一步包含：一第三計算機櫃；及與該第三計算機櫃關聯之一第三光收發器；其中該第一光收發器及/或該第二光收發器調適成經由空中傳送一或更多光束至該第三光收發器及/或從該第三光收發器接收該一或更多光束，以在該第一計算機櫃、該第二計算機櫃、及/或該第三計算機櫃之間傳遞資訊。
17. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該第一光收發器耦合至該第一計算機櫃、安裝至該計算機櫃、位在該第一計算機櫃之中、之上、附近、周圍、及/或下方。