專利名稱：光存儲器擴展的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及計算機存儲器，并且特別地，涉及用于存儲器的光分解 (disaggregation)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
應(yīng)用程序的大小不斷增加、基于軟件的多媒體的普及、以及日益增加的圖形工作負(fù)荷已經(jīng)導(dǎo)致了對存儲器容量需求的增加。諸如服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及高端臺式計算機等的許多計算機系統(tǒng)，經(jīng)常僅配置有足夠的存儲器來支持如今的應(yīng)用程序，但是通常沒有配置足夠的存儲器來支持將來可能在相同系統(tǒng)上運行的應(yīng)用程序。圖1示出了布置在被配置為支持DDR接口的計算機系統(tǒng)的母板106上的存儲器102和處理器104部件的立體視圖(isometric view)。存儲器102由分別插入到四個雙列直插式存儲器模塊(“DIMM”) 插槽112-115中的四個DMM 108-111組成。每個DMM包括八個動態(tài)隨機存取存儲器 (“DRAM”)芯片。處理器104是管理發(fā)送到以及來自DMM 108-111的數(shù)據(jù)流、并使存儲器 102與計算機系統(tǒng)的其他主要部件相聯(lián)系的芯片。DIMM 108-111通過DDR接口 118與處理器104進(jìn)行電通信，該DDR接口具有短線連接(stub-bus)拓?fù)?，其提供用于在處理?04 和DIMM 108-111中的每個DRAM的數(shù)據(jù)線之間并行地在電子信號中發(fā)送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的共享的、并行路徑接口。術(shù)語“DDR”指的是在計算機系統(tǒng)時鐘信號的上升沿和下降沿二者上傳送數(shù)據(jù)。處理器104和DMM 108-111被配置為遵照DDR來傳送和接收數(shù)據(jù)。通過使用時鐘的兩沿，數(shù)據(jù)信號工作在相同的限制頻率，使數(shù)據(jù)傳送速率翻倍。有許多不同DDR接口 118實現(xiàn)，一般由DDRx來標(biāo)識，其中χ是整數(shù)。例如，DDRl在數(shù)據(jù)線上使用雙倍數(shù)據(jù)速率進(jìn)行信號發(fā)送，但是仍舊每時鐘循環(huán)周期向DIMM發(fā)送一次地址和控制信號。DDR2以DDRl速度的兩倍操作， 其是通過以半時鐘率、而不是以如在DDRl中的時鐘頻率來操作每個DRAM的存儲單元來實現(xiàn)的。DDR3提供以存儲單元速度的四倍來運行輸入/輸出總線的能力。為了與新應(yīng)用程序或者新應(yīng)用程序版本施加于計算機系統(tǒng)的不斷增長的存儲器需求保持同步，計算機系統(tǒng)操作者可以通過簡單地給現(xiàn)有的DDR存儲器通道增加DIMM來增加計算機系統(tǒng)的存儲器，以及轉(zhuǎn)向帶緩沖的存儲器設(shè)計。然而，當(dāng)給電DDR存儲器通道增加 DIMM時，電力負(fù)荷會導(dǎo)致總線時序錯誤，其會持續(xù)存在直到總線速度降低為止。因此，在最大存儲器容量和最大存儲器速度之間存在權(quán)衡。可替換地，使用帶緩沖的存儲器設(shè)計，總是會引發(fā)功耗和延遲，而不管存儲器是否是全負(fù)荷。因為一旦每個帶緩沖的通道僅能夠裝載少數(shù)DIMM，即使帶緩沖的系統(tǒng)也受限于所能提供的存儲器。此外，每個增加的緩沖器增加了功耗和成本，導(dǎo)致使該方法并不是大容量、低成本系統(tǒng)所期望的。在簡單地給計算機系統(tǒng)增加DMM的情況下要考慮的其他因素是，傳統(tǒng)的處理器利用兩種類型的板載存儲器控制器1)帶緩沖的存儲器，和2、直連式存儲器 (direct-attached memory) 0存儲器控制器是管理去往和來自DIMM的數(shù)據(jù)流的數(shù)字電路， 并且能夠被實現(xiàn)為獨立芯片或者被集成在芯片(例如處理器)中。存儲器控制器包含讀和寫DRAM所需要的邏輯，以及通過發(fā)送電流穿過整個設(shè)備來刷新DRAM所需要的邏輯。帶緩沖的存儲器系統(tǒng)允許用于存儲器擴展的機制，但總是引發(fā)緩沖器的成本，而無論存儲器是否被完全填充。另一方面，直連式存儲器允許低成本的實現(xiàn)，并且使用比帶緩沖的存儲器更少的電力，因為直連式存儲器不需要緩沖器芯片，但是，直連式存儲器本質(zhì)上受到電力負(fù)荷效應(yīng)的限制。因此，直連式存儲器系統(tǒng)受限于能夠由單個處理器控制并使用的存儲器的量。 因此，為了給服務(wù)器或者多處理器系統(tǒng)增加更多的存儲器，也增加了更多的處理器。所期望的是能夠允許存儲器擴展和存儲器的分解的系統(tǒng)，以便在需要時能夠增加 DRAM存儲器，而沒有與為了支持最新應(yīng)用程序的日益增長的存儲器需求而必須重新設(shè)計和構(gòu)建新計算機系統(tǒng)有關(guān)的相對更高的成本。


圖1示出布置在被配置為支持雙倍數(shù)據(jù)速率接口的計算機系統(tǒng)的母板上的存儲器和處理器部件的立體視圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的擴展存儲器系統(tǒng)的示意圖。圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的擴展DMM的立體視圖。圖;3B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例裝載在DIMM插槽里的擴展DIMM的立體視圖。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例插入到母板的插座里的光/電子接口芯片的立體視圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第一擴展存儲器系統(tǒng)的示意圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第二擴展存儲器系統(tǒng)的示意圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第三擴展存儲器系統(tǒng)的示意圖。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第四擴展存儲器系統(tǒng)的示意圖。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第五擴展存儲器系統(tǒng)的示意圖。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的光/電子接口的框圖。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的通過背板進(jìn)行光通信的主板和存儲器擴展板的立體視圖和示意圖。圖12示出根據(jù)本發(fā)明的實施例用于在擴展存儲器系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的方法的控制流程圖。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的實施例用于在擴展存儲器系統(tǒng)中接收數(shù)據(jù)的方法的控制流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的各種實施例旨在提供用于分解計算機系統(tǒng)的存儲器的基于光的方法和擴展存儲器系統(tǒng)。在以下的描述中，術(shù)語“光”指的是具有在電磁波頻譜的可見和不可見部分中的波長的經(jīng)典的和/或量子化的電磁輻射。擴展存儲器系統(tǒng)實施例包括第一光/電子接口，其與主板或刀片(blade)進(jìn)行電通信，并且通過第二光/電子接口與存儲器擴展板進(jìn)行光通信。光/電子接口可以用DDRx接口來實施，其執(zhí)行到串行協(xié)議的轉(zhuǎn)換，并且將電子信號轉(zhuǎn)換成光信號以用于在主板和存儲器擴展板之間進(jìn)行傳送?？梢杂霉饪偩€來實施擴展存儲器系統(tǒng)，以將信號傳送的分布擴展到一組或者更多組DIMM。
系統(tǒng)實施例允許直連式存儲器被提供有額外的遠(yuǎn)程掛載的存儲器容量，從而增加處理器可用的每插座和每內(nèi)核存儲器。因此，系統(tǒng)實施例減輕了與在存儲器中放置大量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫及其它應(yīng)用程序相關(guān)的延遲。可以通過獨立的光互連將存儲器擴展到相鄰板上來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實施例執(zhí)行的存儲器擴展，而不帶來關(guān)于母板的成本。系統(tǒng)實施例使得存儲器能夠被放置在母板上的其他物理位置上，并且使得在系統(tǒng)設(shè)計中能夠最佳地解決熱量、封裝和功率的考慮因素。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的擴展存儲器系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng)200包括與主板204的部件(例如，處理器206)進(jìn)行電子通信的第一光/電子接口 202。主板204 可以是諸如臺式計算機或工作站等的計算機的母板；刀片系統(tǒng)的刀片服務(wù)器(即，刀片)； 或者模塊。系統(tǒng)200還包括與存儲器擴展板212的存儲器210進(jìn)行電子通信的第二光/電子接口 208。存儲器210可以由與第二接口 208進(jìn)行電子通信的一個或者更多DIMM組成。 存儲器擴展板212可以位于相同機箱(cabinet)或者不同的機箱中。第一接口 202接收對由處理器206產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、地址和控制信息進(jìn)行編碼的電子信號，并且將電子信號轉(zhuǎn)換成光信號214，后者被發(fā)送到第二接口 208。第二接口 208接收光信號214并且將光信號214 轉(zhuǎn)換回電子信號，后者被發(fā)送到并存儲在存儲器210中。為了取得存儲在存儲器210中的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)被編碼在發(fā)送到第二接口 208的電子信號中，所述第二接口將電子信號轉(zhuǎn)換成光信號216，后者被發(fā)送到第一個接口 202，所述第一接口再將光信號216轉(zhuǎn)換成可以由處理器206處理的電子信號。在某些實施例中，可以在擴展DMM上實施光/電子接口 202和208。圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的擴展DIMM 300的立體視圖。擴展DIMM 300包括布置在基底304 上的擴展元件302。擴展元件302包括電子接口(未示出)和包括兩個光端口 306和308 的光接口(未示出)。如下所述，電子接口(未示出)執(zhí)行對電子信號的并-串和串-并流控制，所述電子信號對通過DDRx接口發(fā)送到和來自擴展DIMM的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。圖3A示出了分別插入到光端口 306和308里的波導(dǎo)310和312。術(shù)語“波導(dǎo)”指的是光纖、光帶、或者用于傳送光信號的任何其他合適的介質(zhì)?；?04包括連接到沿基底304的連接器部分 316布置的針腳314的信號線(未示出)。印制在連接器部分316上的針腳314的數(shù)量可以取決于安裝在主板上的DMM插槽的類型而變化。例如，針腳314的數(shù)量可以是64、72、 100、144、168和184或者更多?？偟膩碚f，通過DDRx接口發(fā)送到擴展DMM 300的電子信號由電子接口(未示出)處理并且被發(fā)送到光接口(未示出)，該光接口將電子信號轉(zhuǎn)換為通過波導(dǎo)310輸出的光信號。光接口(未示出)將在波導(dǎo)312中接收的光信號轉(zhuǎn)換為電子信號，所述電子信號由電子接口(未示出)進(jìn)行處理，并通過DDRx接口被發(fā)送到處理器或者位于母板上的存儲器。圖;3B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例裝載到DMM插槽318中的擴展DMM300的立體視圖。母板320可以是存儲器擴展板、工作站、高端臺式計算機、刀片服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)接口的母板。安裝在母板320上的存儲器322包括分別裝載到DIMM插槽328-330中的三個DIMM 324-3洸。DIMM插槽318與DIMM插槽幻8-330沒有什么區(qū)別。因此，適配器DIMM 300可以被裝載到其他DIMM插槽328-330中的任何一個中，代替DIMM 3對_3沈中的任何一個。擴展 DIMM 300不影響母板320的性能，并且可以在母板320被配置的時候、或者在以后當(dāng)現(xiàn)有的存儲器容量不足的時候被裝載到DIMM插槽里。雖然如圖:3B所示，擴展DIMM 300可以與其他DMM 3對-3沈被并排裝載，但是依照電力負(fù)荷，與其他DIMM 3對_3沈相比，擴展DIMM 300可能具有相對減少的最大數(shù)據(jù)速率。在其他的實施例中，可以將光/電子接口 202和208實施在插入到母板插座里的芯片中。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例插入到母板406的插座404中的光/電子接口芯片 402的立體視圖。如下所述，芯片402被配置有光接口(未示出)和電子接口(未示出)，其中所述光接口具有光輸入端口 408和光輸出端口 410，所述電子接口對電子信號執(zhí)行并-串和串-并流控制，所述電子信號對通過一個或者更多個DDRx接口發(fā)送到和來自芯片402的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。光接口將由芯片402處理的電子信號轉(zhuǎn)換成在波導(dǎo)410中輸出的光信號， 并且還將在波導(dǎo)408中發(fā)送到芯片402的光信號轉(zhuǎn)換成可以由電子接口處理并且將被發(fā)送到處理器或者位于母板406上的其他存儲器的電子信號。圖5-9示出了在本發(fā)明的擴展存儲器系統(tǒng)實施例中能夠?qū)嵤┕?電子接口 300和 400的各種方式的示意圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第一擴展存儲器系統(tǒng)500的示意圖。系統(tǒng) 500包括裝載在主板504的DIMM插槽里的第一擴展DIMM 502。擴展DIMM 502包括電子接口 506和光接口 508。電子接口 506通過第一 DDRx接口 512與處理器510進(jìn)行電子通信， 并且與光接口 508進(jìn)行電子通信。如圖5所示，系統(tǒng)500包括第二擴展DIMM 514和存儲器擴展板516。擴展DIMM 514被裝載在存儲器擴展板516的DIMM插槽里，并且包括光接口 518和電子接口 520，該電子接口 520通過第二 DDRx接口 5 與兩個DIMM 522和5 進(jìn)行電子通信，并且與光接口 518進(jìn)行電子通信。圖5還示出了擴展DIMM 502和514通過波導(dǎo) 528和530進(jìn)行光通信，所述波導(dǎo)5 和530將接口 508和518通過光耦合在一起。對于能夠被裝載到存儲器擴展板516的DIMM插槽中的最大存儲器，系統(tǒng)500提供了 2 1的擴展。當(dāng)處理器510將數(shù)據(jù)存儲在DIMM 522和5 中時，處理器510通過DDRx接口 512 向擴展DIMM 502發(fā)送包括數(shù)據(jù)、地址和控制信息的并行電子信號。電子接口 506通過將并行電子信號轉(zhuǎn)換成串行電子信號來執(zhí)行并-串流控制，并且包括存儲器緩沖器，其存儲在電子信號中被編碼的信息，以補償從處理器510輸出數(shù)據(jù)時速率上的偏差。將串行電子信號發(fā)送到光接口 508，并將其轉(zhuǎn)換成對相同信息進(jìn)行編碼的光信號，該光信號通過波導(dǎo)530 發(fā)送到光接口 518，光接口 518將光信號轉(zhuǎn)換回被發(fā)送到第二電子接口 520的串行電子信號。電子接口 520通過將串行電子信號轉(zhuǎn)換成并行電子信號來執(zhí)行串-并流控制，并且包括存儲器緩沖器，其存儲在電子信號中被編碼的信息，以補償從擴展DIMM 502發(fā)送數(shù)據(jù)時速率上的偏差。通過DDRx接口 5 發(fā)送并行電子信號以用于存儲在DMM 522和524中。通過DDRx接口 M6將并行電子信號發(fā)送到擴展DIMM 514，來將存儲在DIMM 522 和524中的數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器510。在這種情況下，電子接口 520通過將并行電子信號轉(zhuǎn)換成串行電子信號來執(zhí)行并-串流控制，并且可以將信息存儲在存儲器緩沖器中以補償從擴展DMM 522和5M發(fā)送數(shù)據(jù)時速率上的偏差。在串行電子信號中被編碼的信息被從電子接口 520發(fā)送到光接口 518，并且其被轉(zhuǎn)換成通過波導(dǎo)5 發(fā)送到光接口 508的光信號。 光接口 508將光信號轉(zhuǎn)換回被發(fā)送到第一電子接口 506的串行電子信號。電子接口通過將編碼在串行電子信號中的信息存儲在存儲器緩沖器中以補償從擴展DIMM 514發(fā)送數(shù)據(jù)時速率上的偏差，電子接口 506執(zhí)行串-并流控制。電子接口 506將所述信息轉(zhuǎn)換成通過第
7一 DDRx接口 512發(fā)送到處理器510以進(jìn)行處理的并行電子信號。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第二擴展存儲器系統(tǒng)600的示意圖。除了用專用集成電路(“ASIC”)602來替代第二擴展DIMM 514以及存儲器擴展板516與存儲器擴展板604的配置不同以外，系統(tǒng)600與系統(tǒng)500幾乎一樣。如上文參考圖4所描述的，ASIC 602被實現(xiàn)為板載芯片，并且可以被配置為與一組或者更多組DIMM進(jìn)行扇出(fan-out)電子通信。例如，如圖6所示，ASIC 602被配置為與兩組DIMM進(jìn)行扇出和扇入(fan-in)電子通信。具體而言，ASIC 602通過DDRx接口 608與DIMM 604和606進(jìn)行電子通信，并通過另一個DDRx接口 614與DIMM 610和612進(jìn)行電子通信。ASIC 602被配置為具有光接口 616和電子接口 618。如上文參考圖5所描述的，光接口 508和616通過波導(dǎo)5 和530進(jìn)行光通信，光接口 616執(zhí)行與擴展DMM 514的光接口 518相同的功能。電子接口 618也執(zhí)行與擴展DMM 514的電子接口 520相同的功能。用與上文參考圖5所描述的同樣的并-串流控制方法，通過波導(dǎo)530將數(shù)據(jù)從主板504的處理器510發(fā)送到存儲器擴展板604的存儲器。光接口 616將從光接口 508接收的光信號轉(zhuǎn)換回串行電子信號，并且，執(zhí)行與上文參考圖5所描述的由擴展DIMM 514的電子接口 520所執(zhí)行的串-并流控制基本上相同的串-并流控制。然而，與擴展DIMM 514不同，電子接口 602將信息轉(zhuǎn)換成能夠通過DDRx接口 608和614發(fā)送的并行電子信號，以用于存儲在 DIMM 604,606,610 或 612 中。通過相關(guān)聯(lián)的DDRx接口 608和614將并行電子信號發(fā)送到ASIC 602，來將存儲在DIMM 604、606、610或者612中的數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器510。電子接口 618執(zhí)行與上文參考圖5描述的擴展DIMM 514所執(zhí)行的并-串流控制基本上相同的并-串流控制。信息在串行電子信號中被編碼并且從電子接口 618被發(fā)送到光接口 616，然后被轉(zhuǎn)換成通過波導(dǎo)528 發(fā)送到光接口 508的光信號。如上文參考圖5所描述的那樣來處理所述光信號。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第三擴展存儲器系統(tǒng)700的示意圖。系統(tǒng) 700包括安裝在主板704上的第一 ASIC 702。第一 ASIC 702包括電子接口 706和光接口 708。電子接口 706通過DDRx接口 712與處理器710進(jìn)行電子通信，并與光接口 708進(jìn)行電子通信。如圖7所示，系統(tǒng)700包括如上文參考圖6所描述的第二 ASIC 602和存儲器擴展板604。用與上文參考圖5和圖6所描述的同樣的并-串和串-并流控制方法，通過波導(dǎo) 528和530在處理器710和存儲器擴展板604的存儲器之間發(fā)送數(shù)據(jù)。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第四擴展存儲器系統(tǒng)800的示意圖。系統(tǒng)800 包括與上文參考圖5所描述的裝載在主板504的DIMM插槽中的相同的擴展DIMM 502。系統(tǒng)800也包括存儲器擴展板802，其包括與四個光-DDR ASIC 806-809進(jìn)行光通信的光總線 804。光總線804包括扇入總線810和扇出總線812，兩者都通過諸如光抽頭(tap) 823等的光抽頭(在圖8中被標(biāo)識為0T)與ASIC 806-809進(jìn)行光通信。扇入和扇出總線810和812 可以是多模光纖、脊形波導(dǎo)、光子晶體波導(dǎo)、中空波導(dǎo)或者用于傳送光信號的任何其他適合的多模介質(zhì)。中空波導(dǎo)可以由帶空心(air core)的管子組成。組成中空波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)管可以具有其折射率大于或小于1的內(nèi)心材料。管道可以由適當(dāng)?shù)慕饘?、玻璃或塑料組成，并且可以將金屬膜和電介質(zhì)膜放置在管道的內(nèi)表面以提供高反射率。中空波導(dǎo)可以是在空心的內(nèi)表面上具有高反射金屬覆層的中空金屬波導(dǎo)?？招目梢跃哂袌A形、橢圓形、正方形、矩形或者適合導(dǎo)光的任何其他形狀的截面形狀。因為波導(dǎo)是中空的，所以光信號可以沿著中空波導(dǎo)的空心傳播，該中空波導(dǎo)具有大約為1的有效反射率。換言之，光沿著中空波導(dǎo)的空心以光在空氣或真空中的速度傳播。光抽頭可以是光束分離器、部分反光鏡、或者能夠被配置為反射和傳送沿著總線810和812傳送的光信號的特定部分的任何其他介質(zhì)。每個光-DDR ASIC通過DDRx接口與四個相關(guān)聯(lián)的DIMM進(jìn)行電子通信。例如，ASIC 806通過DDRx接口 816和818與DIMM 814進(jìn)行電子通信。扇出總線812的光抽頭820-823被配置為在ASIC 806-809之間大約平均地分配光功率。一般而言，光抽頭被配置為將從光接口 508輸出的光信號的總光功率的大約1/n轉(zhuǎn)移到每個光-DDR ASIC，其中η是光-DDR ASIC的數(shù)量。例如，光抽頭823將由光總線812攜帶的光功率的大約1/4轉(zhuǎn)移到ASIC 809，光抽頭822將由光總線812攜帶的光功率的大約 1/3導(dǎo)引到ASIC 808，光抽頭821將由光總線812攜帶的剩下的光功率的大約1/2導(dǎo)引到 ASIC 807，并且光抽頭820是完全反光鏡。另一方面，配置扇入總線810的光抽頭824-827， 以使光接口 508從ASIC 806-809中的每一個接收相等量的光功率。一般而言，配置扇入總線的η個光抽頭，以使光接口接收從η個光-DDR ASICs中的每一個輸出的總光功率的大約 1/n。例如，配置全部光抽頭824-827，以使由光接口 508接收的光信號的光功率，大約是從 ASIC806-809的每一個輸出的光信號的功率的1/4。存儲器擴展板802可以包括與扇入和扇出波導(dǎo)810和812進(jìn)行光通信的中繼器 (未示出)。中繼器是光-電-光轉(zhuǎn)換器，其接收光信號，重新產(chǎn)生光信號，然后重新傳送所重新產(chǎn)生的光信號。中繼器可以用于克服由自由空間或光互連接損耗引起的衰減。除了加強光信號，中繼器還可以用于消除噪聲或者光信號的其他不想要的方面。由中繼器產(chǎn)生的光功率的量由附接到扇出總線的ASIC的數(shù)量、系統(tǒng)損耗和ASIC上光接收器的靈敏度所確定。換言之，中繼器可以用于產(chǎn)生具有足夠到達(dá)所有ASIC的光功率的光信號。從處理器510發(fā)送出的數(shù)據(jù)包括負(fù)責(zé)儲存數(shù)據(jù)的光-DDR ASIC的附加地址。用與上文參考圖5所描述的相同的并-串流控制方法，產(chǎn)生數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)從處理器發(fā)送到扇出總線812。直接將光信號注入到扇出總線812，然后光抽頭820-823將光信號的一部分導(dǎo)引到相關(guān)聯(lián)的ASIC 806-809，所述ASIC 806-809被配置和操作，以用于除了 ASIC 806-809 還執(zhí)行分析電子信號的地址部分以識別被指定要接收數(shù)據(jù)的ASIC的附加步驟以外，執(zhí)行與上文參考圖6中的ASIC 602所描述的相同的串-并流控制。當(dāng)該地址并不對應(yīng)于接收方ASIC的地址時，可以拋棄該數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)該地址與接收方ASIC的地址匹配時，該ASIC 通過將該數(shù)據(jù)存儲在相關(guān)聯(lián)的DIMM中來處理該數(shù)據(jù)。為了發(fā)送存儲在存儲器擴展板802的DIMM中的數(shù)據(jù)，可以使用仲裁器來防止兩個或者更多ASIC同時使用扇入總線810。沒有仲裁的話，光接口 508可能通過波導(dǎo)5 接收到來自多于一個ASIC的光信號，其中在波導(dǎo)5 處，這些光信號組合并且難以辨認(rèn)地到達(dá)光接口 508。仲裁器確保在能夠使用扇入總線810之前，一 ASIC已經(jīng)被授予許可來使用扇入總線810以防止同時發(fā)生的光信號傳送。仲裁比較快，并且隨著添加到扇入總線810的 ASIC的數(shù)量而調(diào)整。可以由使用公知的光的或電子的、基于令牌的仲裁方法的仲裁器來執(zhí)行仲裁。一旦ASIC 806-809中的一個被授予許可來使用扇入總線810，產(chǎn)生存儲在相關(guān)聯(lián)的DIMM中的數(shù)據(jù)的光信號被生成，如上面參考圖6所描述的，并且通過扇入總線810和波導(dǎo)5 被發(fā)送到光接口 508。如上面參考圖5所描述的，由處理器510接收該數(shù)據(jù)。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的第五擴展存儲器系統(tǒng)900的示意圖。系統(tǒng) 900包括與上文參考圖7所描述的相同的主板704的ASIC 702，并且系統(tǒng)900包括與上文參考圖8描述的配置的相同的存儲器擴展板802。如上面參考圖7所描述的那樣來操作ASIC 702和主板704，并且如上文參考圖8所描述的那樣來配置和操作存儲器擴展板802的部件。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的實施例配置的光/電子接口 1000的框圖。接口 1000包括光接口 1002、電子接口 1004和針腳1006。針腳1006通過上文參考圖3和圖4所描述的 DIMM插槽或插座，電子地連接到母板的一個或者更多個DDRx接口。針腳1006接收來自該一個或者更多個DDRx接口的并行信號線的對數(shù)據(jù)、地址和控制信息進(jìn)行編碼的并行電子信號1008，并且將該并行電子信號1008發(fā)送到電子接口 1004的串行化單元1010。串行化單元1008包括接收并行電子信號1008并且將其轉(zhuǎn)換成對相同信息進(jìn)行編碼的串行電子信號1012的電子部件。串行化單元1010可以可選地對于串行電子信號1012使用DC平衡編碼。DC平衡編碼用于產(chǎn)生具有相同數(shù)量的邏輯“1”和邏輯“0”的碼字。DC平衡編碼的示例包括曼徹斯特(Manchester)編碼及其變型。在曼徹斯特編碼中，通過在一個位中間的 “0”到“ 1，，的跳變來識別邏輯“0”，并通過在一個位中間的“ 1，，到“0”的跳變來指示邏輯 “1”。在4B/6B DC平衡編碼中，碼字包括三個邏輯“1”和三個邏輯“0”以提供DC平衡。在 4B/8B DC平衡編碼中，八位碼字有四個邏輯“1”和四個邏輯“0”，其不會具有多于兩個的連續(xù)邏輯“1”和邏輯“0”。在8B/10B DC平衡編碼中，8位數(shù)據(jù)由被稱為碼元(symbol)或字符(character)的10位實體來傳送。將數(shù)據(jù)的最低5位編碼成一個6位組(5B/6B部分)， 然后將最高3位編碼成一個4位組(3B/4B部分)。將這些編碼組連接在一起以形成10位碼元。兩個額外的位允許在數(shù)據(jù)流中發(fā)送的“0”位和“1”位的數(shù)量隨著時間而保持平衡。 在向光接口 1002的光發(fā)射器1014發(fā)送串行電子信號1012之前，所述信息可以被臨時地存儲在存儲器緩沖器1016中以補償數(shù)據(jù)被接收的速率和它可以被發(fā)送的速率上的偏差。光發(fā)射器1014將串行電子信號1012轉(zhuǎn)換成對相同信息進(jìn)行編碼的光信號1016，其通過輸出波導(dǎo)(例如，上文所描述的波導(dǎo)310和410)被傳送。光發(fā)射器1014可以是垂直腔面發(fā)射激光器(“VCSEL”)、雙異質(zhì)結(jié)型激光器、量子阱激光器、量子級聯(lián)激光器、分布式反饋激光器或者任何其他基于半導(dǎo)體的激光器。如圖10所示，光接口 1002還包括用于接收對信息進(jìn)行編碼的光信號1020的光接收器1018。光接收器1018可以是將光信號1020轉(zhuǎn)換成對相同信息進(jìn)行編碼的串行電子信號1022的pn或p-i-n結(jié)型光電二極管。例如，光接收器1018可以是集成到芯片上的基于砷化鎵(“GaAs”)、砷化銦鎵(“InGaAs”)、硅(“Si”)、鍺(“Ge”)或者鍺硅的光電二極管。電子接口 1004包括去串行化單元IOM，其包括用于接收串行電子信號1022、對串行電子信號1022中的DC平衡編碼進(jìn)行解碼、以及將串行電子信號1022轉(zhuǎn)換成被傳送到針腳 1006以用于通過DDRx接口進(jìn)行傳送的并行電子信號10 的電子部件。在產(chǎn)生并行電子信號10 之前，也可以將所述信息臨時存儲在存儲器緩沖器1016中。波導(dǎo)5 和530僅表示存儲器擴展板能夠光連接到主板的許多方式中的一種。例如，存儲器擴展板和主板可以通過機箱背板進(jìn)行光互連，所述機箱背板也被用來提供在安裝在同一機箱中的其他板之間的電子和光連接。圖11示出了經(jīng)由機箱背板1102進(jìn)行光連接的主板204和存儲器擴展板212的立體視圖和示意圖。為了說明的清楚，沒有示出機箱的其他板和部分。背板1102可以包括光纖帶連接器1104-1107。如圖11所示，光/電子接口 208通過光纖帶1108和1109來光耦合至連接器1104和1105，并且光/電子接口 202 通過光纖帶1110和1111來光耦合至連接器1106和1107。背板1102被配置有光纖，所述光纖使連接器1104和1106光連接，并使連接器1105和1107光連接，從而使得光/電子接口 202和208能夠如上所述的那樣來交換光信號214和216。注意，以比光信號在光接口之間傳送的速率相對低的數(shù)據(jù)傳送速率來操作用于傳送、串行化和去串行化電子信號的DDRx和電子接口。例如，通過波導(dǎo)5 和530或者背板 1102傳送的光信號可以以大約時鐘頻率4到6倍的速率被傳送。換言之，在光接口之間實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送，而使用諸如DDRx和電子接口等的電子部件執(zhí)行相對低速的傳送。圖12示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在擴展存儲器系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的方法的控制流程圖。在步驟1201中，如上文參考圖5-10所描述的，從DDRx接口接收并行電子信號。 并行電子信號可以由處理器或本地存儲器產(chǎn)生。在步驟1202中，如上文參考圖10的串行化單元1010和參考圖5-9所描述的，通過將并行電子信號轉(zhuǎn)換成對相同信息進(jìn)行編碼的串行電子信號來串行化所述并行電子信號。在可選步驟1203中，如上文參考圖10中的串行化單元1010所描述的，串行電子信號能夠被編碼為包括DC平衡。在可選步驟1204中，如上文參考圖10的步驟1014所描述的，為了補償數(shù)據(jù)被接收和/或被發(fā)送的速率上的偏差， 可以將在電子信號中被編碼的信息存儲在存儲器緩沖器里。在步驟1205中，如上文參考圖 10所描述的，將對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的串行電子信號發(fā)送到光發(fā)射器。在步驟1206中，光發(fā)射器將串行電子信號轉(zhuǎn)換成光信號，該光信號通過波導(dǎo)被發(fā)送到主板或者擴展存儲器系統(tǒng)的光/電子接口。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于在擴展存儲器系統(tǒng)中接收數(shù)據(jù)的方法的控制流程圖。在步驟1301中，如上文參考圖10中光信號IOM所描述的，從主板或存儲器擴展板發(fā)送的光信號被接收并且被轉(zhuǎn)換成串行電子信號。在步驟1302中，如上面參考圖10中的去串行化單元10 所描述的，使用去串行化單元將串行電子信號轉(zhuǎn)換成并行電子信號。 在可選步驟1303中，如上文參考圖10所描述的，當(dāng)光信號是使用DC平衡編碼發(fā)送的時，從并行電子信號中去除DC平衡編碼。在可選步驟1304中，可以將并行電子信號存儲在存儲器緩沖器中，以補償數(shù)據(jù)被接收的速率和它能夠被發(fā)送的速率上的偏差。在步驟1305中， 通過DDRx接口將對所述數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的并行電子信號傳送到主板的處理器或存儲器擴展板的存儲器。出于解釋的目的，以上描述使用了特定術(shù)語以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)技術(shù)人員將顯而易見的是，并不需要那些具體細(xì)節(jié)來實施本發(fā)明。本發(fā)明的具體實施例的上述描述是為了舉例說明和描述的目的而給出的。它們并非意圖窮舉本發(fā)明， 或?qū)⒈景l(fā)明限制于所公開的精確形式。顯然地，考慮到上述教導(dǎo)，許多修改和變型也是可能的。示出和描述了這些實施例，以便最好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠最好地利用本發(fā)明和具有適合所設(shè)想的特定使用的各種改變的各種實施例。本發(fā)明的范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求及其等價物來限定。
權(quán)利要求
1.一種擴展存儲器系統(tǒng)000)，其包括第一光/電子接口 002)，其與處理器進(jìn)行電通信，所述第一光/電子接口被配置為接收光信號并且將所述光信號轉(zhuǎn)換成被發(fā)送到所述處理器的電子信號，以及接收由所述處理器產(chǎn)生的電子信號并且將所述電子信號轉(zhuǎn)換成光信號；配置有存儲器的存儲器擴展板(204)；以及第二光/電子接口 O08)，其附接到所述存儲器擴展板，所述第二光/電子接口被配置為接收光信號并將所述光信號轉(zhuǎn)換成被發(fā)送到所述存儲器的電子信號，以及接收由所述存儲器產(chǎn)生的電子信號并且將所述電子信號轉(zhuǎn)換成光信號，其中，由所述第一光/電子接口產(chǎn)生的光信號被發(fā)送到所述第二光/電子接口，并且由所述第二光/電子接口產(chǎn)生的光信號被發(fā)送到所述第一光/電子接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光/電子接口還包括擴展雙列直插式存儲器模塊(502)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光/電子接口還包括專用集成電路 (702)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二光/電子接口還包括擴展雙列直插式存儲器模塊(514)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二光/電子接口還包括專用集成電路 (602)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一光/電子接口和所述第二光/電子接口還包括光接口(100 ；以及電子接口 (1004)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述光接口還包括光發(fā)射器(1014)，其被配置為接收電子信號并且將所述電子信號轉(zhuǎn)換成光信號；以及光接收器(1018)，其被配置為接收光信號并且將所述光信號轉(zhuǎn)換成電子信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述電子接口還包括存儲器緩沖器(1016)；串行化單元(1010)，其被配置為將用于通過雙倍數(shù)據(jù)速率接口進(jìn)行傳送的并行電子信號轉(zhuǎn)換成串行電子信號；以及去串行化單元(IOM)，其被配置為將串行電子信號轉(zhuǎn)換成用于通過雙倍數(shù)據(jù)速率接口進(jìn)行傳送的并行電子信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光/電子接口通過雙倍數(shù)據(jù)速率接口并行地發(fā)送和接收電子信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述存儲器擴展板的存儲器還包括一個或者更多雙列直插式存儲器模塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述存儲器擴展板還包括光扇入總線(810)，其與所述第一光/電子接口和所述第二光/電子接口進(jìn)行光通信；光扇出總線(812)，其與所述第一光/電子接口和所述第二光/電子接口進(jìn)行光通信；以及一個或者更多個雙列直插式存儲器模塊(814)，其與一個或者更多個專用集成電路進(jìn)行電子通信。
12.一種用于在擴展存儲器系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，其包括將通過雙倍數(shù)據(jù)速率接口接收的并行電子信號串行化為對相同信息進(jìn)行編碼的串行電子信號(1202)；將在所述電子信號中被編碼的所述信息存儲在存儲器緩沖器中(1204)；以及使用光發(fā)射器將所述串行電子信號轉(zhuǎn)換成光信號(1205-1206)，所述光信號對相同信息進(jìn)行編碼。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括向所述串行電子信號添加DC平衡編碼 (1203)。
14.一種用于在擴展存儲器系統(tǒng)中接收數(shù)據(jù)的方法，其包括 使用光接收器將光信號轉(zhuǎn)換成串行電子信號(1301)；使用去串行化單元將所述串行電子信號去串行化成并行電子信號(1302)； 將在所述電子信號中被編碼的信息存儲在存儲器緩沖器中(1304)；以及通過雙倍數(shù)據(jù)速率接口傳送所述并行電子信號(1305)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括從所述串行電子信號中去除DC平衡編碼 (1303)。
全文摘要
本發(fā)明的各個實施例旨在提供用于分解計算機系統(tǒng)的存儲器的基于光的方法和擴展存儲器系統(tǒng)。在一方面中，擴展存儲器系統(tǒng)(200)包括與處理器進(jìn)行電通信的第一光/電子接口(202)、配置有存儲器的存儲器擴展板(204)、和附接到存儲器擴展板的第二光/電子接口(208)。第一接口將光信號轉(zhuǎn)換成被發(fā)送到處理器的電子信號，并且將由處理器產(chǎn)生的電子信號轉(zhuǎn)換成光信號。第二接口將光信號轉(zhuǎn)換成被發(fā)送到存儲器的電子信號，并且將由存儲器產(chǎn)生的電子信號轉(zhuǎn)換成光信號。在第一和第二接口之間交換光信號。實施例還包括用于在擴展存儲器系統(tǒng)中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的方法。
文檔編號G06F13/12GK102414670SQ200980158994
公開日2012年4月11日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
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