(57)【要約】【課題】広い通信帯域幅を有するコンピュータシステムを提供すること【解決手段】少なくとも第１及び第２の処理ユニット(102,104)と、少なくとも第１及び第２の処理ユニット(102,104)に結合される光バスシステム(108,116,118,120,122)と、光バスシステムに結合される光バスコントローラ(110)とを有するシステムが提供される。その光バスシステムは複数の光スイッチ(108)を含み、各光スイッチは、例えば、光を少なくとも第１の方向に向けるための第１のスイッチ状態と、光を少なくとも第２の方向に向けるための第２のスイッチ状態とを少なくとも含む。光バス通信の方法も提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１及び第２の処理ユニットと、
前記少なくとも第１及び第２の処理ユニットに結合される光バスシステムであって、その光バスシステムが複数の光スイッチを含み、各光スイッチが、光を少なくとも第１の方向に向けるための第１のスイッチ状態と、光を少なくとも第２の方向に向けるための第２のスイッチ状態とを少なくとも含む、光バスシステムと、及び
前記光バスシステムに結合される光バスコントローラとを備える、システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光スイッチが可動部材を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光スイッチが電圧制御式の可動素子を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光スイッチが液晶を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記光バスコントローラが、前記少なくとも１つの光スイッチの状態を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記光バスコントローラが、障害状態をモニタすることに基づいて、前記少なくとも１つの光スイッチの状態を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記光バスコントローラが、負荷状態をモニタすることに基づいて、前記少なくとも１つの光スイッチの状態を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記光バスコントローラが、前記第１の処理ユニットに通信チャネルを与えるように光バスを構成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記光バスコントローラが、前記第２の処理ユニットに通信チャネルを与えるように光バスを構成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光バスコントローラが、前記第１の処理ユニットに第１の通信チャネルを与え、前記第２の処理ユニットに第２の通信チャネルを与えるように光バスを構成する、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光バスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
広い通信帯域幅を有するコンピュータシステムが望まれている。一般的に、帯域幅は単位時間にわたって１つの通信チャネルに通されることができる情報量を指している。この点に関して、大部分のコンピュータシステムは、バスとして知られている通信チャネルによって互いに接続される別個のデジタルコンポーネント及び／又はアナログコンポーネントを有する。そのようなコンポーネントに対して、互いに通信する能力を与えることにより、それらのコンポーネントは、それらの集合的な能力を用いて、例えばデジタル音楽又はデジタルビデオを再生することなどの複雑なタスクを実行することができるか、又はネットワークを通じて多数のユーザからのタスクを処理することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の課題は、上述した技術的な問題を克服、又は少なくとも緩和することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、例えば、少なくとも第１及び第２の処理ユニットと、少なくとも第１及び第２の処理ユニットに結合される光バスシステムと、光バスシステムに結合される光バスコントローラとを有するシステムが提供される。その光バスシステムは複数の光スイッチを含み、各光スイッチは、例えば、光を少なくとも第１の方向に向けるための第１のスイッチ状態と、光を少なくとも第２の方向に向けるための第２のスイッチ状態とを少なくとも含む。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、光バスシステムが提供され、広い通信帯域幅を有するコンピュータシステム等を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下の説明は、本明細書の全体にわたって用いられる典型的な用語の定義を含む。単数形、及び複数形の全ての用語は、それぞれの意味の範囲内に含まれる。
【０００７】
本明細書において用いられる場合の「信号」は、以下に限定はしないが、１つ又は複数の電気信号、アナログ又はデジタル信号、光学又は光（電磁）信号、１つ又は複数のコンピュータ命令、１ビット又はビットストリームなどを含む。
【０００８】
本明細書において用いられる場合の「ロジック」は、「回路」と同義であり、以下に限定はしないが、機能（単数又は複数）又は動作（単数又は複数）を実行するためのハードウエア、ファームウエア、ソフトウエア、及び／又はそれぞれの組み合わせを含む。例えば、所望のアプリケーション又は要求に基づいて、ロジックは、ソフトウエア制御式マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような別個の論理回路、又は他のプログラミングされた論理デバイスを含むことができる。また、ロジックは完全にソフトウエアとして具現化され得る。
【０００９】
本明細書において用いられる場合の「コンピュータ」又は「処理ユニット」は、以下に限定はしないが、データを格納し、検索し、処理することができる任意のプログラミングされた、又はプログラム可能な電子デバイスを含む。
【００１０】
本明細書において用いられる場合の「光スイッチ」は、以下に限定はしないが、１つ又は複数の入力から１つ又は複数の出力に光を向けるように制御され得る任意のデバイス（単数又は複数）を含み、例えば、可動ミラー、プリズム、ビームスプリッタ、ビームコンバイナ、電気制御式液晶、プラズマセル、及びデジタル光プロセッサを含むことができる。
【００１１】
本明細書において用いられる場合の「マネージャ（管理プログラム）」又は「マネージャシステム」は、以下に限定はしないが、他の電子デバイスの実行、監視、管理、及び監督の指示又は制御のためにデータを格納し、検索し、処理することができる任意のプログラミングされた、又はプログラム可能な電子デバイスを含む。１つのタイプのマネージャは、例えば、光バスに接続された１つ又は複数のデバイスに送られるデータの実行、監視、管理、及び監督の指示又は制御を行うことができる光バスマネージャである。
【００１２】
ここで図１を参照すると、システム１００が示される。そのシステムは、処理ユニット１０２及び１０４のためのプロセッサと、メモリ１０６と、光スイッチアレイ１０８と、光バスマネージャ１１０と、複数の光通信チャネル１１６、１１８、１２０及び１２２とを含む。光通信チャネル１１６、１１８、１２０及び１２２は、複数の光ファイバ又は自由空間媒体として実施され得る。光バスマネージャ１１０は、光スイッチアレイ１０８の状態を管理するためのロジック１１２を含む。光バスマネージャ１１０はさらにネットワーク１１４に接続されることができ、ネットワーク１１４により、例えば、複数のユーザがシステム１００にアクセスすることが可能になる。
【００１３】
そのように構成される場合、光バスマネージャ１１０は、処理ユニット１０２及び１０４が実行するためのタスク及び命令の分配を制御することができる。例えば、処理ユニット１０２は、第１のグループのユーザからの要求を処理するために割り当てられることができ、処理ユニット１０４は、第２のグループのユーザからの要求を処理するために割り当てられることができる。この構成のもとで、光バスマネージャ１１０は、光スイッチアレイ１０８の状態を構成して、第１のグループのユーザから受信されるデータ及び命令を処理ユニット１０２に送り、第２のグループのユーザから受信されるデータ及び命令を処理ユニット１０４に送る。さらに、光バスマネージャ１１０は、光スイッチアレイ１０８を構成して、処理ユニット１０２及び１０４がメモリ１０６にアクセスすることを可能にする。
【００１４】
光バスマネージャ１１０は、複数の処理ユニット間のタスク及び命令の分配を制御することができるので、光バスマネージャ１１０は光スイッチアレイ１０８の状態を構成して、故障状態にある可能性がある処理ユニットに向けられているデータ及び命令を、適切に動作している処理ユニットに送ることができる。さらに、光バスマネージャ１１０は、光スイッチアレイ１０８の状態を構成して、現時点で大量の処理要求によって酷使されている処理ユニットに向けられているデータ及び命令を、現時点で比較的少ない数の処理要求で仕事を課せられている処理ユニットに送ることができる。最初に紹介された例では、光バスマネージャ１１０は光スイッチアレイ１０８の状態を構成して、処理ユニット１０２に向けられているデータ及び命令を処理ユニット１０４に、又はその逆に送ることができる。このようにして、コンポーネントの状態が与えられる場合に、処理負荷を分散することにより、システムに適切な負荷がかかることを保証するように効果的に管理することができる。
【００１５】
図２は、システム２００の別の実施形態を示す。システム２００はシステム１００に類似しているが、処理ユニット１０２は、メモリ１０６がアクセスされるゲートウエイであるという点で異なる。さらに、光スイッチアレイ１０８は、光チャネル１１８を通じて、例えば、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、カメラ、マイクロフォンなどの１つ又は複数のＩ／Ｏデバイス２０２に接続される。この実施形態では、光バスマネージャ１１０はさらに、光スイッチアレイ１０８の状態を制御することにより、Ｉ／Ｏデバイス２０２へのアクセスを制御又は管理することもできる。
【００１６】
ここで図３を参照すると、光スイッチアレイ１０８の一実施形態が示される。光スイッチアレイ１０８は、例えば、スイッチ素子３００のような複数のスイッチ素子を含むことができる。スイッチ素子３００は、１つ又は複数の入力から１つ又は複数の出力に光を向けるための能力を有する光スイッチであり、光バスマネージャ１１０のような外部の制御源によって制御され得る。図３の実施形態は、光入力３０２を有し、光を光出力３０４、３０６及び３０８のうちの任意の１つ又は複数の光出力に出力することができるスイッチ素子３００を示す。また、光入力３０２は光出力として機能することもでき、光出力３０４、３０６及び３０８は光入力として機能することもできる。そのように構成される場合、スイッチ素子は、光がそれを通過することを可能にするか、若しくは光を異なる方向に導くか、又は向けることを可能にする。従って、スイッチ素子は、光がそのスイッチ素子を通過することを可能にする第１の状態と、光を異なる方向に導くか、又は向ける第２の状態とを有することができる。また、スイッチ素子は、光が後続のスイッチ素子まで通過することを可能にするか、若しくは光を後続のスイッチ素子に導くか、又は向けることができる。そのような構成を通じて、光スイッチアレイ１０８は、光をその入力からその出力まで送り、データフローの制御を行うことができる。
【００１７】
図４Ａ及び図４Ｂは、微小電子機械光スイッチ４００の一実施形態を示す。機械的構成要素及び電気的構成要素を用いて光信号を経路指定する一般的な種類の光スイッチは、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）として知られている。ＭＥＭＳは半導体チップ上に構築される非常に小さなデバイスであり、マイクロメートル単位の寸法を有する。光スイッチにおいてＭＥＭＳを利用する非常に多くの技術がある。
【００１８】
ＭＥＭＳ光スイッチ４００の一実施形態はマイクロミラー４０２を含む。２次元の具現化形態では、各マイクロミラー４０２は２つの状態、即ちオフ状態及びオン状態を有する。図４Ａ及び図４Ｂは、２状態マイクロミラー光スイッチ４００が取り得る位置の平面図を概略的に示す。オフ状態により、光信号４０４は、そのまま通過することが可能になるのに対して（図４Ａ）、オン状態は光信号４０４を新たな経路に向ける（図４Ｂ）。一般に、マイクロミラー４０２は、その反射表面が入力光信号４０４の経路に対して４５°の角度をなすように配置される。これにより、光信号４０４は元の経路から９０°だけ別の方向へ向けられることが可能になる。これは、光スイッチ４００内の構成要素の幾何学的な位置決めを規定する。マイクロミラー４０２は、マイクロギア又は電磁石によって、オン位置とオフ位置との間で水平に移動することができる。図４Ａ及び図４Ｂは２状態マイクロミラー光スイッチ４００の一具現化形態を示すが、他の具現化形態も可能である。例えば、光スイッチ４００は、光信号４０４の経路を横切るようにミラー４０２を回転させることができるか、又は光信号４０４の経路内に「ポップアップ」するように垂直方向にミラー４０２を動かすことができる。
【００１９】
図５は、複数の光スイッチ４００を用いる光スイッチアレイ５００の一実施形態を示す。アレイ５００はさらに、複数の入力５０２、５０４、５０６及び５０８と、複数の出力５１０、５１２、５１４及び５１６とを含む。光信号５２０が入力を通ってアレイ５００に入り、適切な出力へ向け直される。信号を向け直すために、光バスマネージャ又はコントローラ１１０によって、１つ又は複数のマイクロミラー光スイッチ４００がオン位置に移動する。図５は、入力５０２を通って入射し、いくつかの光スイッチ４００を通った後に、光スイッチ５２２上のマイクロミラーをオン位置に動かすことにより、出力５１６に向け直されている光信号５２０を示す。入力５０４、５０６及び５０８を通って入射する光信号についても、同様な向け直しが看取され得る。４×４のアレイが示されているが、そのアレイは任意のサイズからなることができることに留意されたい。
【００２０】
ここで図６を参照すると、３次元光スイッチ６００の一実施形態が示される。３次元光スイッチ６００は、可動マイクロミラーからなる２つのアレイ６０２及び６０４を含む。一般的に、第１のアレイ６０２内のマイクロミラーの数は入力チャネルの数に等しく、第２のアレイ６０４内のマイクロミラーの数は出力チャネルの数に等しい。２つのアレイ６０２及び６０４は、第１のアレイ６０２上の各マイクロミラー６１２が第２のアレイ６０４内の各ミラー６１４の障害のない見通し線を有するように配置される。各ミラーは２つの軸を中心にして回転することができる。これにより、ミラーは、多数の可能な位置を与えられる。第１のアレイ６０２内の各ミラーは、光信号（例えば、６０６、６０８及び６１０）を第２のアレイ６０４内の各ミラーに向けることができる固有の位置を有する。次いで、第２のミラーは光信号を適切な出力に送る。ミラーの回転又は状態は、光バスマネージャ又はコントローラ１１０によって制御され得る。
【００２１】
図７は、液晶光スイッチ７００の形をとる光スイッチのさらに別の実施形態を示す。液晶光スイッチは、特有の電気双極子モーメントを有する有機材料を有し、その電気双極子モーメントはその分子に特有の平均相対配向を与える。この配向は、その材料にかけられる電圧に対して敏感である。電圧が分子の配向を変更し、材料の光学的特性を変化させる。この物理現象を用いて、液晶材料にかかる電圧の状態に基づいて、光信号を方向付けることができる。
【００２２】
液晶光スイッチ７００は入力を有し、入力は偏光ビームスプリッタ７０２を介して光信号７１４を受け取る。ビームスプリッタ７０２は第１のビームを液晶７０４に送り、第２のビームを液晶７０６に送る。液晶７０４及び液晶７０６は、液晶７０４及び液晶７０６に電圧が印加されていない場合には（状態１）、ビームコンバイナ７０８を通じて、出力ポート７１０の方へ信号７１４を送るように配向される。液晶７０４と液晶７０６とにわたって電圧が印加される場合には（状態２）、光信号７１４は出力７１２の方へ向けられる。光バスマネージャ又はコントローラ１１０は、液晶光スイッチ７００の状態を制御するための制御源となることができる。
【００２３】
また、制御可能な光スイッチの他の実施形態は、ＭＥＭＳバブル式光スイッチを含む光スイッチアレイ１０８において利用され得る。これらのスイッチは２つの材料層を含む。下側層はシリカから作成され、その中を光信号が通過し、上側層はシリコンから作成される。下側層は、各入力信号が伝わるための経路を有する。これらの経路は、出力ポートに繋がる経路によって交差される。各交差点には、シリカと同じ屈折率を有する液体で満たされた小さなキャビティが存在する。通常の状態のもとでは、信号は、影響を受けずに、交差点を通過する。上側層には非常に小さな電極が存在し、それらの電極は、液体が気体になるまで液体を加熱することができる。この変化によって、信号は交差する経路に向け直されて、出力ポートに向かう。
【００２４】
光スイッチの別の実施形態は、光信号を向け直すために、光信号の拡散とフィルタリングを含む。拡散板を用いて、広帯域の光信号が、自由空間を通って、１組の光信号受信機の方へ送られる。受信機に取り付けられたフィルタが、特定の信号受信機を対象としていない全ての信号をフィルタリングして除去する。
【００２５】
図８は、管理ロジック１１２を示す流れ図の一実施形態である。長方形の要素は「処理ブロック」を表しており、コンピュータソフトウエア命令又は命令群を表す。菱形の要素は「判断ブロック」を表しており、処理ブロックによって表されるコンピュータソフトウエア命令の実行に影響を及ぼす、コンピュータソフトウエア命令又は命令群を表す。代案として、処理ブロック及び判断ブロックは、デジタルシグナルプロセッサ回路又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような、機能的に等価な回路によって実行されるステップを表す。その流れ図は、任意の特定のプログラミング言語の構文を表していない。むしろ、その流れ図は、回路を製作するか、又はコンピュータソフトウエアを生成して、システムの処理を実行するために、当業者が用いることができる機能的な情報を示す。ループ及び変数の初期化、並びに一時的数値変数の使用などの多くのルーチンプログラム要素は図示されないことに留意されたい。
【００２６】
ロジックはブロック８００において開始し、ブロック８００では、少なくとも１つの処理ユニットの障害状態がモニタされる。ブロック８０２では、ロジックは、少なくとも１つの処理ユニットが障害状態を報告しているか否かを判定するために検査する。障害状態は、処理ユニットが適切に動作していないか、又は十分に機能を果たしていないという任意の指示を含むことができる。障害状態が報告されている場合には、ロジックはブロック８０４に進む。ブロック８０４では、ロジックは光バススイッチアレイ１０８の状態を再構成して、障害状態を報告している処理ユニットに向けられているデータを、少なくとも１つの障害のない処理ユニットに送る。その後、ロジックはブロック８００に戻り、そのプロセスを再開する。
【００２７】
図９は、図８に類似した流れ図を示すが、処理ユニットの負荷状態の報告を対象にする。この点については、ロジックはブロック９００において開始し、ブロック９００では、少なくとも１つの処理ユニットの負荷状態がモニタされる。ブロック９０２では、ロジックは、少なくとも１つの処理ユニットが低い負荷状態を報告しているか否かを判定するために検査する。代案として、ロジックは高い負荷状態をモニタしてもよい。負荷状態は、処理ユニットの使用率を示しており、実行中又は待ち行列に入れられているタスク若しくは命令の数、アイドル時間と処理時間の比、若しくはその処理ユニットによって処理されているか、又は既にその処理ユニットによって処理された要求又は割込みの数によって示され得る。低い負荷状態が報告されている場合には、ロジックはブロック９０４に進む。ブロック９０４では、ロジックは光バススイッチアレイ１０８の状態を再構成して、高い負荷状態を報告している複数の処理ユニットに向けられているデータを、低い負荷状態を報告している少なくとも１つの処理ユニットに送る。その後、ロジックはブロック９００に戻り、そのプロセスを再開する。
【００２８】
本発明がその実施形態を説明することにより例示され、それらの実施形態がかなり詳細に説明されてきたが、本出願人は、添付の特許請求の範囲をそのような細かい点に限定したり、多少なりとも制限したりすることを意図していない。さらなる利点及び変更が、当業者には容易に明らかになるであろう。例えば、光スイッチアレイ内のスイッチ素子の数及び構成には制限がなく、光ファイバ又は自由空間通信媒体を用いることもできる。それ故に、本発明は、その広範な態様においては、図示及び説明された特定の細部、代表的な装置、及び例示的な実施例に制限されない。従って、新たな態様は、本出願人の全般的な発明の概念の思想又は範囲から逸脱することなく、そのような細部から構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】システムの一実施形態のブロック図である。
【図２】システムの第２の実施形態のブロック図である。
【図３】光スイッチアレイの一実施形態のブロック図である。
【図４Ａ】光スイッチの一実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】光スイッチの一実施形態を示す図である。
【図５】図４Ａ及び図４Ｂの光スイッチの実施形態を用いる光スイッチアレイの一実施形態を示す図である。
【図６】光スイッチの別の実施形態を示す図である。
【図７】光スイッチのさらに別の実施形態を示す図である。
【図８】バス管理ロジックの実施形態を示す流れ図である。
【図９】バス管理ロジックの実施形態を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００３０】
100、200  システム
102、104  プロセッサ
106  メモリ
108、500  光スイッチアレイ
110  光バスマネージャ
116、118、120、122  光通信チャネル
300  スイッチ素子
400  微小電子機械光スイッチ
600  三次元光スイッチ
700  液晶光スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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