[发明专利]高速、高密度通信系统的光互连装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月12日提交的第61/186,718号美国临时申请的权益，该申请通过引用合并在本文中。

技术领域

本发明涉及光互连装置，尤其涉及通过利用脉冲幅度调制(PAM)技术与单独的时钟信号传输通道相结合，来减少对大批串行化/并行化(SERDES)功能的需要的装置。

发明的背景

由于对计算和联网应用的持续需要，对高性能计算(HPC)平台、以及大型数据中心存在不断增加的需要。在两种情况下，在计算机服务器之间或网络节点之间的互连已经跟不上在芯片或服务器中的计算能力的增长。瓶颈包括，但不限于芯片到芯片的通信能力、大小和等待时间，以及服务器到服务器的通信能力、大小和等待时间。在较新的应用中，因为光纤的带宽显著大于标准的铜互连的带宽，光纤已经被用作芯片(或服务器)之间的物理链接。

芯片本身的处理一般采用并行字来实施，并行字是多位宽度(典型的并行字有8位、16位、32位或64位宽度)。将这些信息从第一芯片传输到第二芯片(或其它元件)上，通常要求将并行字转换成串行形式以便减少在芯片边缘的引脚数，否则物理封装可能需要处理大量的并行输出引线数。

于是，通常在芯片的边缘进行串行化(serialization)处理，从并行字产生串行数据。在通信路径的接收端，需要并行化(de-serialization)功能以将输入的串行数据流还原成在处理的接收侧上的芯片中使用的并行字结构。这些串行化和并行化处理的结合在本领域中常被称为“SERDES”。此外，系统的接收端必须对输入的串行数据流执行时钟恢复以便适当地还原并行字。

SERDES和时钟恢复处理存在问题，因为它们消耗相当大的功率，同时在要求和期望高速运行的处理中增加了等待时间。

因此，本领域存在对具有改进的运行特性的基于光的互连系统的需求。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的需求，其涉及光互连装置，尤其涉及通过利用脉冲幅度调制(PAM)技术，以及另外地，与时钟信号的单独的传输通道相结合，消除在该装置的接收端上对时钟恢复电路的需求，来减少对大批串行化/并行化(SERDES)功能的需求的装置。

根据本发明，从并行数据字产生多级PAM信号来产生能够同时传输多位的编码的数据流，消除在芯片边缘将并行数据字完全串行化的需要。可以在整个字上实施PAM，或采用部分PAM技术。例如，PAM-16光调制技术可以被用于同步地传输4位。通常，PAM-N²调制技术用于同步地传输N位数据。

在本发明的优选实施方式中，光Mach-Zehnder干涉仪(MZI)被用于从并行字输入信号产生PAM输出信号。然后，第二MZI被用于与该PAM信号并行地单独传输时钟信号，消除在接收端上对执行时钟恢复的需要。利用不同的波长，可以在与PAM输出数据信号相同的信号路径(通常是光纤)上传输光时钟信号，或者利用相同的波长在第二个单独的光纤上传输光时钟信号。

有利地，产生的光时钟信号可以进一步跨芯片分布和提供频率锁定的计时装置。

在下列讨论过程和通过参考附图，本发明的其它和进一步的实施方式和优势将变得显而易见，在几个视图中相似的数字表示相似的部件。

附图简要说明-

下面参考附图，

图1是利用SERDES功能的传统的现有技术的基于光的互连装置的在第一芯片和第二芯片之间的示例性的数据通信装置的方框图，所述每个芯片具有利用并行数据字的处理内核和利用串行数据传输的互连；

图2表示用在图1的装置中的利用SERDES功能的基于光的互连装置的示例性的现有技术的实现；

图3是示例性数据通信装置的方框图，其中在图1中显示的SERDES功能被直接的光互连装置取代；

图4表示可以在图3的装置中使用的示例性的直接的光互连装置，其中脉冲幅度调制(PAM)方案被用于同步地传输多位数据；

图5包含本发明的光互连装置的示例性实施方式，其利用第一MZI将并行的电数据编码成PAM光信号和利用第二MZI传输时钟信号，从而消除在接收端对CDR的需求；

图6显示本发明的光互连装置的可替换实施方式，其利用相同的波长传输PAM数据信号和光时钟，提供分开的光纤来传输两种信号；以及

图7表示可用在图5或图6的装置中的可替换的光时钟配置，可替换的配置包括第二(备用的)时钟源，以及将频率锁定的光信号分布到计算芯片的各个区域的光分离装置。

详细说明