集成高基数非阻塞光交换结构制造技术

本文描述的技术一般涉及集成高基数严格非阻塞光交换结构，其可用于数据中心中的机架内通信。该结构可以配置有任意数量的端口。本文描述了该光交换结构的一般拓扑结构，以及路由控制器(例如，算法/机构)。该光交换结构架构在高性能、高带宽、高度鲁棒的交换结构中能提供严格非阻塞路由，并具有低功耗和低延迟的优势。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成高基数非阻塞光交换结构相关申请的交叉引用本申请要求在2016年4月1日提交的题为“INTEGRATEDHIGH-RADIXNON-BLOCKINGOPTICALSWITCHINGFABRIC”的美国临时申请号62/390,529的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用合并在此。
本公开一般涉及光交换，该光交换包含用于数据中心机架内的互连。
技术介绍
基于例如用于云计算中的数据中心的数据服务、大数据分析和社交网络服务环境在计算中正变得广为人知。为了运营这样的数据中心，强大的服务器需要以在它们之间提供信息的高速交换的方式互连。这些互连，包括用于服务器之间的架构内互连，普遍要求采用相对高的带宽和高能效的交换结构。这样的交换结构通常是能支持数十甚至数百个互连端口的高基数交换结构。传统的电气交换机由于它们具有相对大的延迟和功耗正达到这种交换结构的可用性极限。被广泛研究的硅光子设备由于它们在光互连中的高数据传输性和低功耗性，使得其用于交换结构具有很大的优势和潜力。然而，许多已知的光交换结构拓扑/构架要么是阻塞结构要么是可重排的非阻塞结构，与严格非阻塞结构相比，遭受更大的延迟(其中严格非阻塞指的是同时使用从任何输入端口到任何输出端口的能力)。目前已有的一些非阻塞光交换结构的损耗相当大，使其不能用作高基数光交换结构。尽管在光链路中使用中继器来减少这些结构中的损耗是可行的，但是中继器会增加系统能耗并且对系统有其他的负面影响，包括由于光-电-光转换引起的额外的时延，以及使得芯片制造更加困难等。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些代表性的构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步详细描述。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在被用于以任何方式限制所要求保护的主题的范围。简要地，本文描述的技术的一个或多个方面涉及通过耦接到严格非阻塞光电路交换结构的路由控制器，来接收包括源光学块和目的光学块的输入，该输入要求源输入模块耦接到目的输出模块以提供光信号路径。各方面包括通过路由控制器建立从源输入模块到目的输出模块的光信号路径，包括基于严格非阻塞光电路交换结构的端口总数和相对于第二位置的目的输出模块的第一位置的源输入模块，来确定选定环路、是开启源输入模块还是开启目的输出模块、以及在选定的环路上的每个光交换元件的相应开启状态或相应关闭状态。从以下结合附图的详细描述中，其他优势将变得显而易见。附图说明本文描述的技术通过示例的方式说明，并且不限于附图，在附图中相似的附图标记指示相似的元件，并且其中：图1是根据一个或多个示例实施方式的非阻塞集成光交换结构的示例方框图表示，该非阻塞集成光交换结构被用于机架顶部交换机以将服务器机架中的服务器互连。图2是根据一个或多个示例实施方式的非阻塞集成光交换结构的6端口光交换结构的拓扑的示例表示。图3是根据一个或多个示例实施方式的光交换元件的示例方框图表示。图4和图5是根据一个或多个示例实施方式的光输入模块的示例方框图表示。图6和图7是根据一个或多个示例实施方式的光输出模块的示例方框图表示。图8是根据一个或多个示例实施方式的使用单个微谐振器作为光交换元件来建立路径的非阻塞集成光交换结构的8端口光网络的拓扑的示例表示。图9和图10是微谐振器组的谐振关闭状态(图9)和谐振开启状态(图10)的示例性表示。图11是根据一个或多个示例实施方式的使用一个或多个微谐振器作为光交换元件并且示出插入集群以增加端口数量的非阻塞集成光交换结构的8端口光网络的拓扑的示例表示。图12是根据一个或多个示例实施方式的非阻塞集成光交换结构的12端口光网络的拓扑的示例表示，该示例示出了集群的插入和增加光交换元件以增加端口数量。图13是根据一个或多个示例实施方式的使用一个或多个微谐振器作为光交换元件并且示出端口编号方案的非阻塞集成光交换结构的N端口光网络的拓扑的示例表示。图14和15包括根据一个或多个示例实施方式的涉及路由控制器在非阻塞集成光交换结构中建立路径的操作的流程图。图16是根据一个或多个示例实施方式的路由控制器访问保存的信息以在非阻塞集成光交换结构中建立路径的表示。具体实施方式本文描述的技术的各个方面一般涉及集成高基数严格非阻塞光交换结构，其可配置有任意(可行的)数量的端口，例如用于数据中心的机架内。该技术提供了一般的拓扑，其同路由控制器(例如，算法/机构)一道，产生光交换结构架构，该架构对于提供所需数量的端口是可扩展的。通常，该技术(相对于其他技术)通过实现双向路由显著地减少了光信号需要通过的光学设备。应当理解，该技术的高性能、低功率互连使得数十个甚至上百个节点之间的超高带宽和低延迟的机架内通信具有低功耗、低损耗和高鲁棒性。应当理解，本文中的任何例子都是非限制性的。例如，光交换结构的实现可以显示为并入与服务器机架互连的机架顶部交换机中，但这仅是一个有益的用途；实际上，光交换结构既不限于机架顶部交换机也不限于服务器互连。作为另一示例，本文示例了包括两个纵横制(crossbar-like)环路(一个内环路和一个外环路)的各种光学电路，但是具有多于两个和/或不同(例如，堆叠)配置的光学电路可以从本文描述的技术中获益并且包含于本文描述的技术中。同样地，本文描述的技术不限于任何特定实施方式，实施例，方面，构思，结构，功能或本文描述的示例。相反，本文描述的任何实施方式，实施例，方面，构思，结构，功能或本文描述的示例都是非限制性的，并且该技术可以以各种方式使用，这些方式通常提供交换构思的益处和优势。图1展示了一个一般例子：服务器S1至服务器Sm的机架，其中服务器S1至Sm经由机架顶部交换机102互连。机架顶部交换机102包括如本文所述的非阻塞集成光交换结构104和路由控制器106。应当理解，尽管通常如图1所示路由控制器106是单独的，但是路由控制器106可以被认为是非阻塞集成光交换结构104的一部分，如同虚线框108所示；例如，两者可以被一起组装例如在单个芯片里面。可替换地，路由控制器106可以以任何合适的方式耦接至光交换结构104。图2示例了包括光网络218和路由控制器106的6端口光交换结构216。在图2中，有与六个端口相对应的6个集群220至225(由虚线矩形表示)，其中每个集群包含输入模块(用标有“I”的正方形表示)、输出模块(用标有“O”的正方形表示)和多个光交换元件(用没有标记的正方形表示)。通常，这些组件中的相关组件通过波导彼此连接。光交换元件可以包括2x2光学开关，输入模块可以包括1x2光交换元件和光学引脚(例如，光栅耦合器，镜子，棱镜等)，且输出模块可能包含2x1光交换元件和光学引脚。更具体地，每对输入模块和输出模块在径向方向上与多个光交换元件相连，这些光交换元件被称为该输入输出对的光交换元件，这些光交换元件及该输入输出对合称一个输入输出集群。例如，在图2中，输入输出集群220包括输入输出对(输入模块1030，输出模块1031)和被标记为1033至1035的光交换元件；(注意：为了清晰的目的，对其他集群221至225，不是所有的输入模块、输出模块和光交换元件都被分别标注)。如图2的虚斜线所示，路由控制器106控制每一个输入模块、输出模块和光交换元件的开启状态和关闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：严格非阻塞光电路交换结构，其包括多个环路和集群，其中所述集群中的每个集群包含输入模块、输出模块和光交换元件，并且其中每个集群的输入模块能够通过所述多个环路中的至少一个环路被耦接至所述集群中的每个其他集群的输出模块；和路由控制器，其被配置为控制一个集群的源输入模块的开启状态和关闭状态、另一个集群的目的输出模块和光交换元件，以建立从源输入模块到目的输出模块的光信号路径，其中所述路由控制器被进一步配置为，基于所述严格非阻塞光电路交换结构的端口总数和相对于目的输出模块的目的位置的源输入模块的源位置：确定从源输入模块到目的输出模块的所述多个环路中的选定环路，基于选定环路开启源输入模块或开启目的输出模块，以及控制所述光交换元件中的在选定环路上的每个光交换元件的开启状态或关闭状态，以建立光信号路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.01 US 62/390,5291.一种系统，包括：严格非阻塞光电路交换结构，其包括多个环路和集群，其中所述集群中的每个集群包含输入模块、输出模块和光交换元件，并且其中每个集群的输入模块能够通过所述多个环路中的至少一个环路被耦接至所述集群中的每个其他集群的输出模块；和路由控制器，其被配置为控制一个集群的源输入模块的开启状态和关闭状态、另一个集群的目的输出模块和光交换元件，以建立从源输入模块到目的输出模块的光信号路径，其中所述路由控制器被进一步配置为，基于所述严格非阻塞光电路交换结构的端口总数和相对于目的输出模块的目的位置的源输入模块的源位置：确定从源输入模块到目的输出模块的所述多个环路中的选定环路，基于选定环路开启源输入模块或开启目的输出模块，以及控制所述光交换元件中的在选定环路上的每个光交换元件的开启状态或关闭状态，以建立光信号路径。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个环路包括内环路和外环路。3.根据权利要求2所述的系统，其中从源输入模块到目的输出模块的光信号路径经由一个旋转方向上的内环路之一被路由，或者经由相反旋转方向上的外环路之一被路由。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述路由控制器被配置为控制另一个集群的另一个输入模块和不同的其他群集的另一个输出模块和其他光交换元件的各自的开启状态和关闭状态，以建立在其他集群的其他输入模块和不同的其他集群的其他输出模块之间的另一个至少部分同步的光信号路径。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述源输入模块包括将光耦接到波导中的光学引脚。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述目的输出模块包括光学引脚，所述光学引脚接收来自波导的光并将光耦接到一个或多个光纤中。7.根据权利要求1所述的系统，其中至少一些光交换元件包含微谐振器，或者其中至少一些光交换元件包含马赫-曾德尔干涉仪，或者其中至少一些光交换元件包含微谐振器并且其中至少一些光交换元件包含马赫-曾德尔干涉仪。8.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个光交换元件包含耦合谐振器光波导。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述光交换元件中的一个光交换元件包括微谐振器组，所述微谐振器组包括微谐振器，且其中所述微谐振器中的每个微谐振器具有不同的谐振波长。10.根据权利要求1所述的系统，其中相对于目的输出模块的目的位置的源输入模块的源位置是基于集群在一个旋转方向上的顺序编号。11.根据权利要求1所述的系统，其中在集群内，输入模块的相对位置在输出模块的右边，或输入模块的相对位置在输出模块的左边。12.根据权利要求1所述的系统，其中所述路由控制器被进一步配置为访问数据结构以确定下列各项中的至少一项：从源输入模块到目的输出模块的选定环路，基于选定环路是开启源输入模块还是开启目的输出模块，或者是否控制所述光交换元件中的在选定环路上的每个光交换元件的各自的开...

【专利技术属性】
技术研发人员：王治飞，须江，王哲汇，杨鹏，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81