TWI719040B - 在積體電路封裝體之間使用毫米波無線射頻組構之通訊技術 - Google Patents

在積體電路封裝體之間使用毫米波無線射頻組構之通訊技術 Download PDF

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TWI719040B
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阿黛爾 A. 艾爾夏比尼
泰勒斯弗 坎嘉因
莎夏 N. 歐斯特
布蘭登 M. 羅林斯
格里格洛斯 C. 道吉亞米斯
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美商英特爾公司
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Abstract

本發明描述在積體電路封裝體之間使用毫米波無線射頻組構的通訊技術。在一個實例中，一第一封裝體具有用以與一第二封裝體之一無線電收發器通訊的一無線電收發器。該第二封裝體具有用以與該第一封裝體之該無線電收發器通訊的一無線電收發器。一交換器與該第一封裝體及該第二封裝體通訊以經由該等各別無線電收發器在該第一封裝體與該第二封裝體之間建立一連接。一系統板承載該第一封裝體、該第二封裝體及該交換器。

Description

在積體電路封裝體之間使用毫米波無線射頻組構之通訊技術
本描述係關於積體電路封裝體之間的通訊技術，且詳言之，係關於使用無線射頻組構之通訊技術。
在多CPU伺服器、多CPU高效能電腦及其他多晶片系統中，不同CPU之間的直接通訊可大大增強總體系統效能。直接通訊減少通訊額外負擔及延遲。此對於資料經寫入至共用記憶體集區的使用情形特別地成立。直接通訊可藉由在承載CPU之系統板上添加交換器或交換器矩陣而達成。至交換器之連接可經由系統板形成。此需要資料經由插口接腳載運以用於插接之CPU。插口連接之數目受插口之大小限制。資料速率亦受材料及CPU、插口及系統板之間的介面限制。至交換器之連接亦可使用撓曲頂面連接器形成。此等連接器利用專用纜線將一個晶片直接連接至另一晶片，從而免除插口及系統板。頂面連接器提供較高資料速率，但更昂貴。另外，封 裝體更複雜，且封裝體至系統中的組裝更複雜，此係由於纜線必須在所有晶片處於適當位置之後進行置放及連接。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種設備，其包含：一第一封裝體，其具有用以與一第二封裝體之一無線電收發器通訊的一無線電收發器；該第二封裝體，其具有用以與該第一封裝體之該無線電收發器通訊的一無線電收發器；一交換器，其用以與該第一封裝體及該第二封裝體通訊且經由該等各別無線電收發器在該第一封裝體與該第二封裝體之間建立一連接；以及一系統板，其用以承載該第一封裝體、該第二封裝體及該交換器。
2、210:主機板
4、504、506:處理器
6:通訊晶片
8:揮發性記憶體
9:非揮發性記憶體
10:大容量儲存裝置
12、516:圖形處理器
14、502:晶片組
16、116、118、216、218:天線
18:觸控螢幕顯示器
20:觸控螢幕控制器
22:電池
24、344:功率放大器
26:全球定位系統(GPS)裝置
28:羅盤
30:揚聲器
32:攝影機
100:運算裝置
102、202:第一晶片
104、204:第二晶片
106、108:封裝體
110:印刷電路板(PCB)
112、114、406、410、420、424:無線電
206、208、352:封裝基板
212、214:無線電晶粒
220、222:封裝體上路由
302:本地振盪器(LO)
308:倍增器
310:正交混合件
312:降頻轉換器
314:增頻轉換器
320:RX(接收)鏈
322:低雜訊放大器(LNA)
324:寬頻基頻(BB)放大鏈
330:寬束傳輸及接收型樣
340:TX(傳輸)鏈
342:BB數位驅動器鏈
350:無線電晶片
356:接收天線
358:傳輸天線
402:單一積體電路晶片或晶粒
404:封裝
408、412、422、426:TX、RX天線對
430:封裝體上跡線
500:運算系統
508:DRAM(動態隨機存取記憶體)模組/記憶體
510:DRAM(動態隨機存取記憶體)模組
512:PCI(周邊組件互連)介面/周邊組件
514:周邊組件互連(PCI)介面
518:顯示器
520:通用串列匯流排(USB)介面
522、524:串列進階附接技術(SATA)介面
526:串列附接小電腦串列介面(SAS)介面
528、536:大容量儲存器
530:額外PCI介面
532:通訊介面
534:使用者介面
602、702、802:系統板
604、606、608、610、612、614:無線連接/無線鏈路
621、622、623、624:CPU封裝體
625、825:交換器
626、726、826:ACPI組件
721、722、723、724、821、901、902、903、904、905、906:CPU
804:第一方向
810:第二方向
814:第三方向
912:共同系統板
921、922、923、931、932、933:鏈路/路徑
941:傳播路徑之第一部分
942:無線電波反射器
943:傳播路徑之第二部分
藉助於實例而非作為限制，在附圖之諸圖中說明實施例，附圖中，相似參考數字指類似元件。
圖1為根據一實施例的用於晶片至晶片通訊之無線互連的側視截面圖。
圖2為根據一實施例的用於晶片至晶片通訊之替代無線互連的側視截面圖。
圖3為根據一實施例的無線電晶片及相關組件之方塊圖。
圖4為根據一實施例的具有用於晶片至晶片通訊之多個無線互連之封裝體的俯視圖。
圖5為根據一實施例的具有多個高速介面之運算系統的方塊圖。
圖6為根據一實施例的具有無線CPU連接之網狀架構網路的圖。
圖7為根據一實施例的具有經由交換器之無線CPU連接之網狀架構網路的圖。
圖8為根據一實施例的具有經由可轉向操控無線電波束之無線CPU連接之網狀架構網路的圖。
圖9為根據一實施例的具有經由轉發器鏈路之無線CPU連接之網狀架構網路的圖。
圖10為根據一實施例的具有經由多個間接鏈路之無線CPU連接之網狀架構網路的圖。
圖11為根據一實施例的具有經由反射器之無線CPU連接之網狀架構網路的圖。
圖12為根據一實施例的併有無線介面之運算裝置的方塊圖。
如本文中所描述，在CPU之間、在CPU與交換器之間以及在CPU與其他晶片之間使用無線互連。交換器可解調變及降頻轉換所有無線信號且接著重新傳輸該等無線信號。替代地，交換器可使用直接通帶或被動切換，諸如自由空間反射器、透鏡及波導。反射器及其他被動元件甚至可附接至系統板或附接至殼體或其他外殼。在毫米波情況下，傳播非常類似於節點之間具有明確界定之傳播路徑的光學傳播之情形。波係高度定向的，但並不如利用自由空間光學裝置之情況一樣對校準敏感。另外，與 雷射二極體相比，毫米波載波能夠以較少功率消耗提供非常高的資料速率，諸如160Gbps或更大。
插口及系統板中之銅跡線受可用空間及佈線層限制。銅跡線並非理想的信號載波，且自接腳至通孔至層之許多界面引起雜訊及干擾。毫米波無線收發器可使用標準CMOS(互補金屬氧化物半導體)製程而實施且在大CPU或晶片組封裝體上需要極少空間。所需要空間小於光學及撓性(亦稱撓曲)纜線連接器所需要的空間。即使當使用主動轉發器時，對於毫米波中短距離，解調器、重新調變器及放大器系統亦需要極少空間。
單一系統中之多個封裝體的組裝比利用纜線及光纖更容易，此係由於無線電信號可彼此交越而沒有耦合及干擾。此使得建立網狀網路更簡單。除波束交越以外，波束亦可被轉向操控。若封裝體經適當置放，則每一CPU可藉由利用相位陣列或其他裝置使毫米波束轉向而使用相同天線集與任何其他CPU通訊。轉向或定向天線亦允許與在收發器平面外之封裝體通訊。通訊可在三維中之任一者中定向，使得例如主機板上之CPU可與主機板上方之儲存刀片或甚至與充分接近的外部裝置通訊。
兩個主組件可用於許多所描述實施。無線毫米波節點在至少兩個CPU或其他封裝體上及無線交換器。毫米波節點具有毫米波無線電晶粒及天線。毫米波無線電晶粒可為與CPU處於相同或不同晶粒中之CPU封裝體之部分。無線電亦可處於具有至CPU或其他晶粒之連 接的獨立封裝體中。節點可專用於CPU、記憶體、非揮發性儲存器、晶片組或任何其他所要高速晶粒或裝置。節點不必與交換器在相同主機板上或彼此在相同主機板上。兩個節點中之一者可在不同主機板上或在底板組件上。無線通訊及交換器之一個優點為亦可存在比兩個更多之節點。
在本論述中，節點經描述且論述為安裝至具有大功率CPU之CPU封裝體，但可使用任何其他類型之封裝體。本文中所描述之實施能夠利用可實施於毫米波網狀架構網路中的特殊特徵中之一或多者。
所描述實施例可包括可重組配性。每一節點可將波束轉向操控至任何其他相鄰節點。可使用多天線及控制其相位或藉由使用多天線或天線陣列以及控制交換器而使毫米波束被轉向操控。在多個收發器存在於單一封裝體上的網狀網路中，可以至少兩個不同方式使用多個天線。第一，多於一個的收發器可用於支援單一頻道，使得聚合頻道在兩個CPU之間承載雙倍或較高資料速率。當CPU能夠使用比單一頻道可提供之頻寬更大的頻寬時，此提供靈活性。第二，不同收發器可用於各自與不同CPU通訊。替代地，具有可切換波束方向之單一收發器可建構於各自允許與不同CPU之點對點通訊的每一封裝體上。
所描述實施例可得益於簡單路由。每一節點可充當簡單路由器或轉發器以連接不具有視線連接之兩 個CPU。每一節點亦可用來倍增兩個或多於兩個的CPU之間的資料速率。路由之變化可使用可具有低資料速率之控制信號而組配。控制信號可經由特殊無線頻道或甚至經由系統板及任何封裝體及兩個節點之間的插口介面發送。
圖1為使用用於晶片至晶片通訊或用於自由空間光學裝置之天線的無線互連之一個實例的總體側視截面圖。第一晶片102及第二晶片104係使用球狀柵格陣列(BGA)、平台柵格陣列(LGA)或其他連接系統(包括襯墊、導線或其他連接器)各自安裝至各別封裝體106、108。該等封裝體係使用焊球陣列或任何其他所要系統而安裝至印刷電路板(PCB)110，諸如主機板、系統或邏輯板或子卡。封裝體106、108經由PCB上或中之跡線(未圖示)而電連接至外部組件、電源及任何其他所要裝置。該等晶片亦可經由PCB彼此連接。該等封裝可取決於特定實施而使用插口(未圖示)安裝至PCB。
第一晶片102及第二晶片104在本文中被論述為中央處理單元，且詳言之論述為伺服器CPU。然而，本文中所描述的技術及組配可應用於高速通訊鏈路將適用於的許多不同類型之晶片。在一些實施中，晶片可包括許多不同功能，諸如SoC(系統單晶片)。在其他實施中，晶片可為記憶體、通訊介面集線器、儲存裝置、共處理器或任何其他所要類型之晶片。另外，兩個晶片可不同，使得(例如)一個晶片可為CPU，而另一晶片可為記憶體或晶片組。
每一晶片亦經由封裝體而連接至各別無線電112、114。該等無線電可由單一晶粒或具有多個晶粒之封裝體或使用另一技術形成。每一無線電係靠近接近於另一晶片的封裝體之邊緣而安裝至封裝體。封裝體可包括銅跡線、線或層以連接晶片之特定焊盤、襯墊或焊球至用於資料及控制信號之無線電晶粒。無線電晶粒亦可連接至晶片以提供電力至無線電晶粒。替代地，無線電晶粒可經由至PCB之封裝體連接而自外部源獲得電力。
天線116、118亦安裝至封裝體且耦接至無線電。可使用整合至封裝基板上或中之極小天線。該等天線經組配，使得當封裝體安裝至PCB時，該等天線彼此定向。天線之間的短距離允許兩個晶片之間的低功率及低雜訊連接。無線互連減少插口之複雜度及用於運算平台的主機板之複雜度。
同時可使用不同頻率以適合特定實施。毫米波及次兆赫(sub-THz)頻率允許足夠小而整合於通常用於晶片之同一封裝體上的天線。天線亦可使用在製造封裝基板時使用之相同材料來建構且仍展現良好電效能。
在一些實施例中，伺服器可建構有多個CPU。每一CPU可安裝至具有多個平行無線電晶粒及天線集合的封裝體以在兩個CPU之間在伺服器內提供多個平行頻道。毫米波信號准許的小天線大小允許用於CPU中之一者的封裝體之每一天線定向至用於另一CPU的封裝體上之對應天線。此組配可用於組合平行無線電連接且 提供兆位每秒之資料速率。
在一些實施例中，可使用寬頻帶無線互連。舉例而言，在無線電操作於100至140GHz之射頻範圍中的情況下，包括禁入區之每一天線之大小可如1.25×1.25毫米至2.5×2.5毫米一樣小。實際天線仍可較小。考慮典型伺服器CPU封裝體，超過30個1.25×1.25毫米天線可沿著封裝體之一個邊緣置放。此將允許超過30個獨立鏈路，每一鏈路各自在短距離上承載40至80Gb/s。獨立鏈路可全部用以與如圖1中所示之單一第二晶片通訊，或可存在接近於CPU封裝體之不同天線置放的不同封裝天線。此允許CPU封裝體使用不同鏈路與不同晶片通訊。
除圖1之簡單點對點連接以外，在不使用外部交換器矩陣的情況下，亦可提供點對多點傳輸。多個晶片封裝體之天線可設置於CPU封裝體中之一者的該或該等天線範圍內。多個晶片封裝體可全部同時接收來自CPU封裝體之相同信號。為了控制多個晶片封裝體中哪一個晶片封裝體接收傳輸，無線電及天線系統可包括波束轉向。
圖2為無線互連之替代組配之側視截面圖。如所示，第一晶片202及第二晶片204安裝至各自安裝至主機板210之各別封裝基板206、208。每一晶片經由其各別封裝體206、208連接至各別無線電晶粒212、214。每一無線電晶粒212、214連接至各別天線216、218。天線 經設置以提供清晰且直接的無線連接。
封裝系統可採用多種不同形式中的任一者。封裝體中之一者或兩者可為微電子模組，其含有系統單晶片(SoC)或CPU晶粒202、204、毫米波或次兆赫收發器晶片(無線電)212、214及封裝體上整合天線216、218。額外晶粒及其他支援組件(諸如被動元件及連接器)亦可組裝於封裝基板206、208上。SoC晶粒通常經設計且實施於低電阻率數位矽上且亦可包括在無線模組之基頻部分中發現的典型功能。若收發器或無線電晶粒實施為獨立晶粒(如所示)，則收發器或無線電晶粒可實施於高電阻率矽中或實施於任何其他類型之RF半導體基板(包括砷化鎵、氮化鎵及某些聚合物)上。替代地，無線電212可實施於主要晶粒202上。經處理以具有低表面粗糙度之低耗損封裝材料可用於封裝體206以在毫米波及次兆赫頻率範圍中提供優良電效能。封裝材料可包括液晶聚合物及其衍生物、預浸物(預先浸漬玻璃纖維樹脂及環氧樹脂)、BT(雙馬來醯亞胺三嗪樹脂環氧樹脂)層合物、其他有機基板、玻璃、矽或陶瓷。
無線互連系統包括收發器晶片206、封裝體上天線216、218及封裝體上路由220、222，以將收發器晶片連接至主晶片且連接至天線。無線傳輸亦使用另一封裝體上之無線接收器。接收器系統可為傳輸器之鏡像。對於雙向傳輸，毫米波/次兆赫收發器可具有傳輸鏈及接收鏈兩者。
圖3為收發器或無線電晶片系統架構及可用於本文中所描述之無線互連之已連接組件的實例之方塊圖。收發器晶片可取決於特定實施而採用多種其他形式且可包括額外功能。此無線電設計僅作為實例提供。無線電晶片350安裝至封裝基板352，主要積體電路晶粒或晶片202、203如圖1中所示亦安裝至該封裝基板。基板352安裝至PCB或主機板。無線電封裝體可包括本地振盪器(LO)302或至外部LO之連接且視情況包括交換器，交換器允許替代內部LO或除內部LO以外使用外部LO饋送。LO信號可通過放大器及乘法器(諸如主動倍增器308及0/90。正交混合件310)以驅動增頻轉換器及混頻器314。
RX(接收)鏈320可含有耦接至低雜訊放大器(LNA)322、在封裝體中之接收天線356，及具有用於類比至數位轉換之降頻轉換器312的寬頻基頻(BB)放大鏈324。TX(傳輸)鏈340可包括至增頻轉換器314之BB數位驅動器鏈342，及至傳輸天線358之功率放大器(PA)344。可存在多個傳輸鏈及接收鏈以同時經由多個頻道進行傳輸及接收。各種頻道可取決於特定實施而以不同方式組合或合併。
TX鏈及RX鏈兩者經由基板耦接至天線。可存在用於TX及RX之單一天線，或可存在獨立RX天線及TX天線，如所示。天線可經設計具有不同輻射型樣以適合不同無線連接。在圖2之實例中，第一晶片之天線216具有寬波束傳輸及接收型樣330。此可允許晶片與主機板 上的不同位置中之多個天線通訊。另一方面，第二晶片之天線218具有窄波束傳輸及接收型樣332。此允許功率在單一方向中集中以用於與僅一個其他裝置通訊。
圖4為單一微伺服器封裝體上之多個無線互連之實施的實例之俯視圖。在此實例中，獨立天線用於傳輸及接收，但亦有可能在Tx鏈與Rx鏈之間共用天線。天線大小可自1.25×1.25毫米或更小變化至2.5×2.5毫米或更大，此取決於載波頻率、所要增益及傳輸範圍。
單一積體電路晶片或晶粒402包括處理系統及基頻系統兩者且安裝至封裝體404。晶片之基頻區段經由封裝體上跡線430而耦接至無線電晶片或晶粒，該等無線電晶片或晶粒又經由封裝體耦接至天線。在此實例中，晶粒積體電路晶片為用於微伺服器之CPU且為矩形。在CPU之四個側面中之每一者上存在無線電晶片。展示為圖式中之頂部、左邊及底部的側面各自具有耦接至各別Tx、Rx天線對426、412、422的各別無線電424、410、420。展示為右側之側面展示各自連接至各別天線對之五個無線電。每一側上的無線電及天線之數目可基於每一方向中之通訊速率需要而判定。
在微伺服器封裝體上可能需要非常少的高速鏈路。單一鏈路能夠跨幾公分之距離遞送超過40Gb/s之資料速率。資料速率對於高達50cm之傳輸距離仍可為約5至10Gb/s。
圖4展示實施於一個封裝體之同一側上之許 多無線鏈路。此允許聚合資料速率增加。替代地，資料可發送至在同一總體方向中之不同其他裝置。無線電晶片及天線均朝向封裝體之邊緣而置放，以限制無線電路徑中可能由散熱片及散熱器引起之障礙。通常，銅跡線基頻信號之損失比RF信號經由相同銅跡線之損失低得多。因此，無線電晶片可保持非常接近於天線。此限制由經由基板之RF路由引起的電信號及功率損失。無線電晶片可以任何所要方式安裝至封裝體上且甚至可嵌入於基板中或為基板之一部分。藉由使用多個無線電，封裝體上毫米波無線互連可按比例調整以用於極高資料速率應用。此可適用於諸如伺服器及媒體記錄、處理及編輯系統的系統中。如所示，多個鏈路可合在一起以達成接近Tb/s之資料速率。
圖5為運算系統500之方塊圖，該運算系統具有使用如本文中所描述之無線連接可實施的多個高速介面。該運算系統可實施為伺服器、微伺服器、工作站或其他運算裝置。該系統具有具多個處理核心之兩個處理器504、506，但視特定實施而定，可使用更多處理器。該等處理器經由諸如本文中所描述之無線互連的合適互連而耦接在一起。該等處理器係使用合適連接(諸如本文中所描述之無線連接)各自耦接至各別動態隨機存取記憶體(DRAM)模組508、510。該等處理器亦各自耦接至周邊組件互連(PCI)介面512、514。此連接亦可為有線或無線的。
該等PCI介面允許至多種高速額外組件(諸 如圖形處理器516及用於顯示、儲存及I/O之其他高速I/O系統)之連接。圖形處理器驅動顯示器518。替代地，圖形處理器為處理器中之一者或兩者內之核心或晶粒。圖形處理器亦可經由晶片組耦接至不同介面。
該等處理器亦皆耦接至晶片組502，該晶片組為許多其他介面及連接提供單一接觸點。至晶片組之連接亦可為有線或無線的，視實施而定，處理器中之一者或兩者可連接至晶片組。如所示，處理器504可具有至一或多個處理器506、記憶體508、周邊組件512及晶片組502的無線連接。此等連接可全部為無線的，如圖4之多個無線電及天線所暗示。替代地，此等連接中之一些可為有線的。處理器可具有至另一處理器之多個無線鏈路。類似地，如所示，晶片組502可具有至處理器中之一或多者以及至各種周邊介面的無線連接。
晶片組耦接至通用串列匯流排(USB)介面520，該介面可提供用於至包括使用者介面534之多種其他裝置之連接的埠。晶片組可連接至串列進階附接技術(SATA)介面522、524，該等介面可提供用於大容量儲存器536或其他裝置之埠。晶片組可連接至其他高速介面，諸如具有用於額外大容量儲存器528之埠的串列附接小電腦串列介面(SAS)介面526、額外PCI介面530及通訊介面532(諸如乙太網路)，或任何其他所要的有線或無線介面。所描述組件全部安裝至一或多個板及卡以提供所描述連接。
圖6為用於四CPU系統之網狀架構網路之實例的圖。系統板602承載四個CPU封裝體621、622、623、624。該系統板亦可承載如圖5中之許多其他組件(未圖示)。CPU封裝體各自承載至少三個無線電收發器，其他三個CPU封裝體中之每一者一個無線電收發器。因此，第一封裝體621可與第二封裝體622、第三封裝體623及第四封裝體624建立無線鏈路604、610、614。第二封裝體622可與第一封裝體621、第三封裝體623及第四封裝體624建立無線鏈路604、606、612。第三封裝體623可與第一封裝體621、第二封裝體622及第四封裝體624建立無線鏈路610、606、608。第四封裝體類似地鏈接至其他三個封裝體中之每一者。
此等鏈路係固定的且允許每一CPU與每一其他CPU通訊。每一鏈路可使用經由系統板之有線鏈路或使用多種低資料速率控制頻道技術來獨立地通電或斷電。
交換器625亦耦接至系統板以控制無線鏈路之通電或斷電。交換器經由系統板耦接至四個CPU中之每一者且控制通信鏈路。當CPU具有要發送至另一CPU之資料串流時，交換器能夠接收來自CPU之請求。該請求可為共用匯流排上之推送或通告(ping)，或該請求可為線至高或低值的設定。交換器接著發送命令至其他CPU以啟動其對應於請求CPU之無線電收發器。以此方式，交換器啟動無線資料鏈路。若在兩個CPU之間存在多個 鏈路，則交換器可判定有多少鏈路待建立。
交換器亦可獨立於每一其他鏈路而撤銷啟動鏈路中之任何一或多者。CPU可請求鏈路應被破壞，或交換器可偵測鏈路已停止作用某一時間段且因此請求無線電收發器應斷電。藉由在可能時斷開收發器，系統可減少功率消耗、熱耗散及系統底板內之無線電干擾。
在另一實例中，交換器耦接至系統板上之進階組配與電源介面(ACPI)組件晶片。此組件判定且控制CPU中之每一者的功率消耗，以及時鐘速率。當CPU進入低功率模式時，接著交換器可自ACPI組件判定此情況且命令無線電收發器撤銷啟動。類似地，當CPU切換至作用中或高速狀態時，彼CPU及連接至彼CPU之彼等CPU之無線電收發器可被啟動。
圖7為用於四CPU系統之網狀架構網路之實例的圖，在該實例中，CPU經由交換器進行通訊。存在各自耦接至系統板702的四個CPU 721、722、723、724。交換器725在CPU之間耦接至系統板。視需要亦存在耦接至主機板之ACPI組件726。
在此實例中，CPU各自僅與交換器連接。每一CPU具有與交換器之單一無線連接604、606、608、610。交換器不僅管理與每一CPU之無線鏈路，而且充當中繼器或轉發器。交換器使用對應鏈路及適當指派之路徑將自每一源CPU接收之資料串流投送至預期之其他目的地CPU。交換器可使用被動波導網路、主動反射 器或其他技術而採用被動切換。替代地，交換器可為能夠緩衝資料串流、重新調變、放大任何其他所要功能的主動轉發器。
交換器亦可使用至每一CPU之連接來管理無線鏈路之功率及作用中狀態。此連接可經由系統匯流排或經由無線電鏈路。視特定實施而定，可使用上文所描述的技術中之任一者。交換器亦可自ACPI接收狀態及活動性資訊。與圖6之實施例相比，在此實施例中，交換器能夠判定CPU收發器中之哪些收發器正在進行傳輸。此資訊亦可用於判定無線電鏈路應啟動抑或撤銷啟動。
若存在自交換器至每一CPU之多個無線鏈路，則單一中心交換器725之組配提供額外靈活性。此允許交換器接著將每一鏈路專用於不同CPU，或聚合該等鏈路，使得較高資料速率提供於一對CPU之間。可使交換器判定用於每一CPU的合適資料速率及頻道分配。
圖8為用於四CPU系統之網狀架構網路之實例的圖，在該實例中，該等CPU使用波束轉向操控。僅展示一個轉向操控波束以便不混淆圖式。如針對第一CPU 821所展示，每一CPU具有可轉向操控無線電波束，諸如相位陣列或以機械方式可操作之天線陣列中之毫米波無線電收發器。系統包括四個CPU(但可存在較多或較少CPU)、交換器825及ACPI組件826，所有前述組件安裝至系統板802。所有組件可經組配以經由系統板彼此直接通訊或經由另一組件彼此通訊。替代地，可存在不需要系 統板之另一連接。系統亦將包括額外組件及介面(未圖示)。
每一CPU具有可轉向波束天線且經設置使得其能夠利用直接視線無線電連接與每一其他CPU通訊。作為實例，第一CPU 821能夠在第一方向804中轉向操控波束以與第二CPU連接、在第二方向810中轉向操控波束以與第三CPU連接以及在第三方向814中轉向波束以與第四CPU連接。此等不同波束方向允許至及自每一其他CPU的直接無線發送及接收功能。
可轉向操控波束功能亦可用於允許通訊資源可重組配。在具有額外無線電之情況下，第一CPU可能夠將可轉向操控波束自CPU中之一者重定向至另一者。以此方式，若存在例如三個可轉向操控波束，則CPU可將每一可轉向操控波束定向至其他CPU中之不同者。替代地，CPU可將兩個波束定向至CPU中之一者且將第三波束定向至另一者或將全部三個波束定向至CPU中之一者。自一個CPU至另一CPU之資料速率可藉由添加一個或多於兩個的波束至兩個CPU之間的通訊鏈路而加倍或增至三倍。可轉向操控波束提供固定有線或光學資源不可能有的靈活性，使得無線電及天線資源可基於訊務需求而重定向以支援不同鏈路。所有此組配以及啟動及撤銷啟動不同鏈路可藉由交換器825或藉由CPU直接地控制。
圖9為具有六個CPU 901、902、903、 904、905及906之更複雜CPU架構的圖，該等CPU全部耦接至共同系統板912。亦可存在交換器、ACPI、晶片組、輸入輸出集線器及其他組件(未圖示)以提供額外功能及外部通訊。提供此實例以展示在CPU不可藉由直接視線通訊之情況下可提供的額外通訊鏈路。有可能藉由直接視線配置幾乎任何數目個CPU。舉例而言，在中心處存在或不存在交換器之情況下，此等六個CPU可各自設置於六邊形之拐角處。以此方式，系統可類似於圖6及圖7之實例而操作。環形組態可提供簡單且直接的連接，然而，出於其他原因，如圖9中所示，晶片中之至少一些設置在其他晶片後可能較佳。
在圖9之實例中，第三CPU 903不具有用於與第五CPU 905及第六CPU 906之無線電通訊的直接視線。如在圖6及圖7之實例中，第三CPU確實具有至第一CPU 901、第二CPU 902及第四CPU 904的直接視線。為了允許自CPU群組之一側至另一側的通訊，無線電通訊可經由任何中間CPU路由。在此狀況下，第三CPU建立至第二CPU之鏈路921。第二CPU建立至第五CPU之鏈路923。第二CPU接著充當經由第二CPU中之頻道922傳送資料的轉發器。該頻道可為CPU封裝體之一側與另一側上之無線電之間的直接通訊。該頻道亦可為至CPU晶粒之通訊部分的連接且在封裝體之另一側上的無線電區段外。如上文所提及，轉發器可為被動或主動的且可解調變及重新調變信號或僅自封裝體之一側至另一側不變地載運 信號。
圖10為與圖10中相同之系統的圖。在此實例中，第二鏈路已在第三CPU與第五CPU之間建立。已維持經由第二CPU之連接，且已建立經由第一CPU之額外連接。在兩個連接之情況下，資料速率可加倍或實質上增加。兩個連接可具有不同頻道容量、資料速率及其他特性差異。存在第三CPU與第一CPU之間的第一鏈路931及第一CPU與第五CPU之間的第二鏈路933。經由第一CPU之中間鏈路932確定第一CPU之功能為轉發器。此鏈路932可與上文所論述的第二CPU之轉發器鏈路922相同或不同。
圖11展示用於非視線通訊之點對點通訊的另一替代例。在此實例中，無線電波反射器942用於殼體或外殼中之主系統板上(例如，在底板之側上)。反射器在繞過第一CPU之障礙之路徑上導引信號，從而允許第三CPU與第五CPU之間的直接通訊。因此，第三CPU建立至第五CPU之直接鏈路。該圖展示無線電傳播路徑自第三CPU至反射器942之第一部分931及該傳播路徑自反射器至第五CPU之第二部分943。除其他兩個路徑921、922、923、931、932、933外及替代該其他兩個路徑，可使用此路徑。可聚合全部三個路徑以達成較高資料速率，或在較低資料速率足夠時可使用較少路徑。
兩CPU、四CPU及六CPU系統僅作為實例來提供。可存在更多CPU及偶數或奇數數目個CPU。亦 可存在可提供至網狀架構網路之額外節點或通訊之障礙物的其他封裝體及組件。如所示，節點可利用固定或可轉向操控可重組配之無線電波射束經由直接視線進行通訊。對於不存在視線之受阻路徑，節點可經由作為轉發器之其他節點或經由無線電反射器及波導進行通訊以使資料信號繞過障礙物移動。轉發器可為全功能節點，諸如所展示的經封裝CPU，或轉發器可為在系統中特定提供以作為轉發器的其他組件。
可組配多個路徑，使得可重組配連接路徑。此允許一些通訊鏈路被撤銷啟動且用於建立至其他節點之冗餘鏈路。該等鏈路接著可經聚合以使資料速率增加，且關閉以減少功率消耗。
交換器節點可提供於CPU封裝體中之一者中或作為單獨組件提供。交換器節點可添加額外能力至系統。交換器節點可具有多個天線以實現與單一CPU之許多同時頻道。交換器節點可經由有線連接、經由特殊控制頻道或在毫米波下之通帶中執行切換。使用通帶使調變器、解調變器及RF(射頻)放大器所需要的功率消耗減少。此系統可以類似於完全光學網路切換系統之方式實施。
本文中所描述的無線電通訊鏈路可與其他技術(諸如光學連接、撓曲纜線連接及系統板連接)組合。作為一實例，毫米波頻道可用於不同CPU之間的通訊，且光學調變器及解調變器或撓曲纜線可用於與處於不同底 板或外殼中之組件的通訊。
圖12說明根據另一實施之運算裝置100。運算裝置100容納板2。板2可包括許多組件，該等組件包括但不限於處理器4及至少一個通訊晶片6。處理器4實體地且電耦接至板2。在一些實施中，至少一個通訊晶片6亦實體地且電耦接至板2。在另外實施中，通訊晶片6為處理器4之部分。
運算裝置11視其應用可包括其他組件，該等其他組件可以或可不實體地且電耦接至板2。此等其他組件包括但不限於以下各者：揮發性記憶體(例如，DRAM)8，非揮發性記憶體(例如，ROM)9，快閃記憶體(未圖示)，圖形處理器12，數位信號處理器(未圖示)，密碼處理器(未圖示)，晶片組14，天線16，諸如觸控螢幕顯示器之顯示器18，觸控螢幕控制器20，電池22，音訊編解碼器(未圖示)，視訊編解碼器(未圖示)，功率放大器24，全球定位系統(GPS)裝置26，羅盤28，加速度計(未圖示)，陀螺儀(未圖示)，揚聲器30，攝影機32，以及大容量儲存裝置(諸如硬碟機)10，光碟(CD)(未圖示)，數位化通用光碟(DVD)(未圖示)等)。此等組件可連接至系統板2，安裝至系統板，或與其他組件中之任一者組合。
通訊晶片6實現無線通訊及/或有線通訊以用於資料至及自運算裝置11之傳送。「無線」一詞及其衍生詞可用於描述可經由非固態媒體經由使用經調變電磁輻 射來傳達資料之電路、裝置、系統、方法、技術、通訊頻道等。該詞並不暗示相關聯裝置不含有任何導線，但在一些實施例中，該等裝置可能不含導線。通訊晶片6可實施多種無線或有線標準或協定中之任一者，該等無線或有線標準或協定包括但不限於Wi-Fi(IEEE 802.11族)、WiMAX(IEEE 802.16族)、IEEE 802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍芽、其乙太網路衍生物，以及指示為3G、4G、5G及更高的任何其他無線及有線協定。運算裝置11可包括多個通訊晶片6。舉例而言，第一通訊晶片6可專用於較短距離無線通訊(諸如，Wi-Fi及藍芽)，且第二通訊晶片6可專用於較長距離無線通訊(諸如，GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO及其他)。
在一些實施中，該等組件中之任何一或多者可經調適以使用本文中所描述的無線連接。圖12之系統的特徵可適合於圖7之系統特徵，反之亦然。舉例而言，圖12之系統可承載多個處理器。圖7之系統可包括圖12中所展示的周邊設備中之任何一或多者。「處理器」一詞可指任何裝置或裝置之部分，其處理來自暫存器及/或記憶體之電子資料以將彼電子資料變換為可儲存於暫存器及/或記憶體中之其他電子資料。
在各種實施中，運算裝置11可為膝上型電腦、迷你筆記型電腦、筆記型電腦、超級本、智慧型電 話、平板電腦、個人數位助理(PDA)、超級行動PC、行動電話、桌上型電腦、伺服器、印表機、掃描儀、監視器、機上盒、娛樂控制單元、數位攝影機、攜帶型音樂播放器或數位視訊錄製器。在另外實施中，運算裝置11可為處理資料之任何其他電子裝置，包括可穿戴式裝置。
實施例可實施為以下各者之一部分：使用主機板、特殊應用積體電路(ASIC)及/或場可規劃閘陣列(FPGA)互連之一或多個記憶體晶片、控制器、中央處理單元(CPU)、微晶片或積體電路。
對「一個實施例」、「一實施例」、「實例實施例」、「各種實施例」等之引用指示如此描述之實施例可包括特定特徵、結構或特性，但並非每一個實施例必需包括該等特定特徵、結構或特性。此外，一些實施例可具有針對其他實施例所描述之特徵中之一些、全部或不具有該等特徵中之任一者。
在以下描述及申請專利範圍中，可使用「耦接」一詞及其衍生詞。「耦接」用以指示兩個或兩個以上元件彼此合作或相互作用，但該等元件在其間可具有或可不具有介入的實體或電氣組件。
如申請專利範圍中所使用，除非另外規定，否則使用序數形容詞「第一」、「第二」、「第三」等描述共同元件僅指示正參照類似元件之不同例子，且不意欲暗示如此描述之元件必須處於給定順序，無論時間、空間、等級上或以任何其他方式。
圖式及前述描述提供實施例之實例。熟習此項技術者將瞭解，所描述元件中之一或多者可很好地組合為單一功能元件。替代地，某些元件可拆分成多個功能元件。來自一個實施例之元件可添加至另一實施例。舉例而言，本文中所描述之程序之次序可改變且不限於本文中所描述之方式。此外，任何流程圖之動作無需以所示次序來實施；所有該等動作亦並非必然需要執行。又，並不取決於其他動作之彼等動作可與其他動作並行地執行。實施例之範疇絕不受此等特定實例限制。無論是否在說明書中明確地給出，諸如結構、尺寸及材料使用之差異的眾多變化係可能的。實施例之範疇係至少如由以下申請專利範圍給出地一樣寬廣。
以下實例係關於其他實施例。不同實施例之各種特徵可以不同方式與所包括之一些特徵及未包括之其他特徵組合以適合多種不同應用。一些實施例係關於一種設備，該設備包括：一第一封裝體，其具有用以與一第二封裝體之一無線電收發器通訊的一無線電收發器；該第二封裝體，其具有用以與該第一封裝體之該無線電收發器通訊的一無線電收發器；一交換器，其用以與該第一封裝體及該第二封裝體通訊且經由該等各別無線電收發器在該第一封裝體與該第二封裝體之間建立一連接；以及一系統板，其用以承載該第一封裝體、該第二封裝體及該交換器。
在其他實施例中，該交換器藉由啟動該等 各別無線電收發器來建立該連接。
在其他實施例中，該交換器藉由控制該等各別無線電收發器之間的一路徑來建立該連接，該路徑包括至少一個轉發器。
在其他實施例中，該交換器具有用以經由該第一封裝體及該第二封裝體之該等各別無線電收發器進行通訊的一無線電收發器。
在其他實施例中，該交換器具有用以與該第一封裝體通訊的一第一無線電收發器及用以與該第二封裝體通訊的一第二無線電收發器，且其中該第一封裝體與該第二封裝體之間的該連接係經由該交換器。
在其他實施例中，該第一封裝體與該第二封裝體之間的該連接係經由一無線電反射器，且其中該交換器藉由指派通過該反射器之一路徑來建立該連接。
在其他實施例中，該反射器連接至該系統板，該反射器連接至系統底板，或該反射器連接至系統外殼。
在其他實施例中，該第一封裝體與該第二封裝體之間的該連接係經由一第三封裝體，該第三封裝體具有用以直接與該第一封裝體通訊的一第一收發器及用以直接與該第二封裝體通訊的一第二收發器，且其中該交換器藉由指派通過該第三封裝體之一路徑來建立該連接。
在其他實施例中，該第三封裝體包含用以連接該第三封裝體之該第一收發器及該第二收發器的一轉 發器。
在其他實施例中，該第一封裝體之該無線電收發器包含一可轉向操控波束以藉由使該波束轉向操控而與該第二封裝體或該第三封裝體通訊，且其中該交換器藉由指派該波束之一轉向操控來建立該連接。
在其他實施例中，該可轉向操控波束包含一相位陣列天線。
在其他實施例中，建立一連接包含經由該等封裝體與該交換器之間的經由該系統板的一有線連接來建立一連接。
一些實施例係關於一種方法，該方法包括：在一交換器處接收來自具有一無線電收發器之一第一封裝體的一連接請求；將來自該交換器的一連接請求發送至具有一無線電收發器之一第二封裝體，該第一封裝體、該第二封裝體及該交換器係由一系統板承載；以及藉由該交換器經由該等各別無線電收發器在該第一封裝體與該第二封裝體之間建立一連接。
在其他實施例中，建立該連接包含藉由該交換器啟動該等各別無線電收發器。
在其他實施例中，該交換器具有用以與該第一封裝體通訊的一第一無線電收發器及用以與該第二封裝體通訊的一第二無線電收發器，且其中該第一封裝體與該第二封裝體之間的該連接係經由該交換器。
在其他實施例中，建立一連接包含藉由指 派通過一第三封裝體之一路徑來建立一連接，該第三封裝體係由該系統板承載且具有用以直接與該第一封裝體通訊的一第一收發器及用以直接與該第二封裝體通訊的一第二收發器。
在其他實施例中，接收及發送包含經由該系統板自該第一封裝體接收及經由該系統板發送至該第二封裝體。
一些實施例關於一種運算裝置，該運算裝置包括：一第一處理器封裝體，其具有用以與一第二處理器封裝體之一無線電收發器通訊的一無線電收發器；該第二處理器封裝體，其具有用以與該第一處理器封裝體之該無線電收發器通訊的一無線電收發器；一交換器，其用以與該第一處理器封裝體及該第二處理器封裝體通訊且經由該等各別無線電收發器在該第一處理器封裝體與該第二處理器封裝體之間建立一連接；一系統板，其用以承載該第一處理器封裝體、該第二處理器封裝體及該交換器；以及一晶片組，其由該系統板承載、經由該系統板耦接至該第一處理器封裝體及該第二處理器封裝體從而連接至外部儲存裝置。
在其他實施例中，該第一處理器封裝體與該第二處理器封裝體之間的該連接係經由一無線電反射器，該無線電反射器連接至該運算裝置之一外殼，且其中該交換器藉由指派通過該反射器之一路徑來建立該連接。
在其他實施例中，該第一處理器封裝體之 該無線電收發器包含一可轉向操控波束以藉由使該波束轉向操控而與該第二處理器封裝體或一第三封裝體通訊，且其中該交換器藉由指派該波束之一轉向操控來建立該連接。
102‧‧‧第一晶片
104‧‧‧第二晶片
106、108‧‧‧封裝體
110‧‧‧印刷電路板(PCB)
112、114‧‧‧無線電
116、118‧‧‧天線

Claims (20)

  1. 一種通訊設備，其包含：一第一封裝體，其具有一第一晶粒、複數個第一天線、以及一第一無線電收發器，該第一無線電收發器用於與一第二封裝體之一第二晶粒、複數個第二天線，以及一第二無線電收發器通訊，其中該第一無線電收發器係設置於靠近該第一封裝體的一外週緣且鄰近於該第一晶粒處，並且其中，該第一晶粒係傳導性地耦接於該等複數個第一天線與該第一無線電收發器；該第二封裝體，其具有用於與該第一封裝體之該第一無線電收發器通訊的該第二無線電收發器，其中該第二無線電收發器係設置於靠近該第二封裝體的一外週緣且鄰近於該第二晶粒處，並且其中，該第二晶粒係傳導性地耦接於該等複數個第二天線與該第二無線電收發器；一交換器，其用於與該第一封裝體及該第二封裝體通訊且透過該等各別第一和第二無線電收發器與第一和第二天線在該第一封裝體與該第二封裝體之間建立複數個連接；以及一系統板，其用於承載該第一封裝體、該第二封裝體及該交換器。
  2. 如請求項1之設備，其中該交換器藉由啟動該等各別第一和第二無線電收發器來建立連接。
  3. 如請求項1之設備，其中該交換器藉由指揮(commanding)在該等各別第一和第二無線電收發器 之間的一路徑來建立連接，該路徑包括至少一個轉發器。
  4. 如請求項1之設備，其中該交換器具有用於經由該第一封裝體及該第二封裝體之該等各別第一和第二無線電收發器進行通訊的一無線電收發器。
  5. 如請求項1之設備，其中該交換器具有用於與該第一封裝體通訊的一第一無線電收發器以及用於與該第二封裝體通訊的一第二無線電收發器，且其中在該第一封裝體與該第二封裝體之間的連接係透過該交換器建立。
  6. 如請求項1之設備，其中在該第一封裝體與該第二封裝體之間的連接係透過一無線電反射器建立，且其中該交換器藉由指派經由該反射器的一路徑來建立連接。
  7. 如請求項6之設備，其中該反射器係連接至該系統板，該反射器係連接至系統底板，或該反射器係連接至系統外殼。
  8. 如請求項1之設備，其中在該第一封裝體與該第二封裝體之間的連接係透過一第三封裝體建立，該第三封裝體具有用於直接與該第一封裝體通訊的一第一收發器以及用於直接與該第二封裝體通訊的一第二收發器，並且其中，該交換器藉由指派經由該第三封裝體的一路徑來建立連接。
  9. 如請求項8之設備，其中該第三封裝體包含用於將該第三封裝體之該第一收發器與該第二收發器 連接的一轉發器。
  10. 如請求項8之設備，其中該第一封裝體之該第一無線電收發器包含一可轉向操控波束，其藉由轉向操控該波束而與該第二封裝體或該第三封裝體通訊，並且其中，該交換器藉由指派該波束的一轉向操控來建立該連接。
  11. 如請求項10之設備，其中該可轉向操控波束包含一相位陣列天線。
  12. 如請求項1之設備，其中建立該等複數個連接進一步包含透過一有線連接在該等封裝體與該交換器之間透過該系統板來建立連接。
  13. 一種通訊方法，其包含：在一交換器處接收來自一第一封裝體用於連接的一請求，其中，該第一封裝體具有一第一晶粒、複數個第一天線以及一第一無線電收發器，其中該第一無線電收發器係設置於靠近該第一封裝體的一外週緣且鄰近於該第一晶粒處，並且其中，該第一晶粒係傳導性地耦接於該等複數個第一天線與該第一無線電收發器；將來自該交換器之用於連接的一請求發送至一第二封裝體，其中該第二封裝體具有一第二晶粒、複數個第二天線以及一第二無線電收發器，其中，該第一封裝體、該第二封裝體及該交換器係由一系統板所承載，其中，該第二無線電收發器係設置於靠近該第二封裝體的一外週緣且鄰近於該第二晶粒處，並且其中，該第二晶粒係傳導性地耦 接於該等複數個第二天線與該第二無線電收發器；以及經由該等各別第一和第二無線電收發器與第一和第二天線在該第一封裝體與該第二封裝體之間建立複數個連接。
  14. 如請求項13之方法，其中建立該等複數個連接包含藉由該交換器啟動該等各別第一和第二無線電收發器。
  15. 如請求項13之方法，其中該交換器具有用於與該第一封裝體通訊的一第一無線電收發器以及用於與該第二封裝體通訊的一第二無線電收發器，並且其中，在該第一封裝體與該第二封裝體之間的連接係透過該交換器建立。
  16. 如請求項13之方法，其中建立該等複數個連接進一步包含藉由指派經由一第三封裝體的一路徑來建立連接，該第三封裝體係由該系統板所承載且具有用於直接與該第一封裝體通訊的一第一收發器以及用於直接與該第二封裝體通訊的一第二收發器。
  17. 如請求項13之方法，其中接收及發送包含透過該系統板從該第一封裝體接收及透過該系統板發送至該第二封裝體。
  18. 一種運算裝置，其包含：一第一處理器封裝體，其具有一第一晶粒、複數個第一天線、以及一第一無線電收發器，該第一無線電收發器用於與一第二處理器封裝體之一第二晶粒、複數個 第二天線，以及一第二無線電收發器通訊，其中該第一無線電收發器係配置於靠近該第一處理器封裝體的一外週緣且鄰近於該第一晶粒處，並且其中，該第一晶粒係傳導性地耦接於該等複數個第一天線與該第一無線電收發器；該第二處理器封裝體，其具有用於與該第一處理器封裝體之該第一無線電收發器通訊的該第二無線電收發器，其中該第二無線電收發器係配置於靠近該第二處理器封裝體的一外週緣且鄰近於該第二晶粒處，並且其中，該第二晶粒係傳導性地耦接於該等複數個第二天線與該第二無線電收發器；一交換器，其用於與該第一處理器封裝體及該第二處理器封裝體通訊且透過該等各別第一和第二無線電收發器與第一和第二天線在該第一處理器封裝體與該第二處理器封裝體之間建立複數個連接；一系統板，其用於承載該第一處理器封裝體、該第二處理器封裝體及該交換器；以及一晶片組，其由該系統板所承載，該晶片組透過該系統板被耦接至該第一處理器封裝體及該第二處理器封裝體從而連接至外部儲存裝置。
  19. 如請求項18之運算裝置，其中在該第一處理器封裝體與該第二處理器封裝體之間的連接係透過一無線電反射器建立，該無線電反射器係連接至該運算裝置之一外殼，並且其中，該交換器係藉由指派經由該反射器 的一路徑來建立連接。
  20. 如請求項18之運算裝置，其中該第一處理器封裝體之該第一無線電收發器包含一可轉向操控波束，其藉由轉向操控該波束而與該第二處理器封裝體或一第三封裝體通訊，並且其中，該交換器藉由指派該波束之一轉向操控來建立連接。
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