光互连器件、光互连系统和光互连器件的通信方法与流程

本发明涉及信息技术领域，并且更具体地，涉及光互连器件、光互连系统和光互连器件的通信方法。

背景技术：
多核计算系统中利用硅光互连技术，可以使系统具有高带宽和低功耗，因此，近年来硅光互连技术成为研究热点。但是，单波长光载波的互连并不能充分发挥出光互连的优势，很多研究结论都指出：光互连仅在能充分利用波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)技术的情况下才可以取代现有的电互连技术。传统的基于绝缘体上的硅(SiliconOnInsulator，SOI)的硅波导的波导损耗较高，另外器件分布于同一平面上，需要很多波导交叉，带来一些额外损耗，因而影响器件的性能。

技术实现要素：
本发明实施例提供了一种光互连器件、光互连系统和光互连器件的通信方法，能够降低损耗。第一方面，提供了一种光互连器件，包括：N个无源光互连层和N个有源光互联层，N为正整数且N不小于2；N个无源光互连层和N个有源光互联层交叉堆叠；N个有源光互联层中的每个有源光互联层中包含电光转换器件和光电转换器件；N个无源光互联层之间的有源光互联层中包含有源光开关；N个无源光互联层中的每个无源光互联层中包含波长路由器；电光转换器件用于将待发送的电信号转换为光信号；有源光开关用于开关N个无源光互联层之间的连接，将光信号传输至N个无源光互联层中的相应无源光互联层；波长路由器用于将传输至每个无源光互联层的光信号路由至波长路由器的相应输出端口；光电转换器件用于接收波长路由器的输出端口的光信号并将接收到的光信号转换为电信号。结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，还包括：驱动电路，用于驱动N个有源光互联层。结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，N个有源光互联层中的每个有源光互联层具有M个输入接口和M个输出接口，M为正整数且M不小于2；N个有源光互联层中的每个有源光互联层中包含M个电光转换器件和M个光电转换器件；有源光开关为N×N有源光开关，有源光开关的数量为M；波长路由器为M×M波长路由器；N个有源光互联层中的第i个有源光互联层的第j个输入接口用于接收N组处理器中的第i组处理器中的第j个处理器的第一电信号，并将第一电信号传输至第i个有源光互联层中的第j个电光转换器件，其中，第一电信号发往N组处理器中的第k组处理器中的第l个处理器，N组处理器中的每组处理器包括M个处理器，i＝1，2，...，N，j＝1，2，...，M，k＝1，2，...，N，l＝1，2，...，M；第i个有源光互联层中的第j个电光转换器件用于将第一电信号转换为第一光信号；M个有源光开关中的第j个有源光开关用于将第一光信号传输至N个无源光互联层中的第k个无源光互联层；第k个无源光互联层中的M×M波长路由器用于将第一光信号路由至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第l个输出端口；N个有源光互联层中的第k个有源光互联层中的第l个光电转换器件用于接收该第l个输出端口的第一光信号，将第一光信号转换为第一电信号，并将第一电信号传输至第k个有源光互联层的第l个输出接口；第k个有源光互联层的第l个输出接口用于将第一电信号发送给第k组处理器中的第l个处理器。结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，第j个有源光开关用于将第一光信号传输至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第j个输入端口；第k个无源光互联层中的M×M波长路由器用于将传输至该第j个输入端口的第一光信号路由至该第l个输出端口。结合第一方面或第一方面的第一至三种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，电光转换器件具体用于根据待发送的电信号的发送端与目的端的关系选择载波进行电光转换，将待发送的电信号转换为光信号。第二方面，提供了一种光互连系统，包括第一方面的光互连器件和N组处理器，N为正整数且N不小于2；N组处理器中的第i组处理器中的处理器用于向N个有源光互联层中的第i个有源光互联层发送发往其他处理器的电信号，并从第i个有源光互联层接收其他处理器的电信号，i＝1，2，...，N。结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，第i组处理器中的第j个处理器用于向第i个有源光互联层的第j个输入接口发送发往其他处理器的电信号，并从第i个有源光互联层的第j个输出接口接收其他处理器的电信号，j＝1，2，...，M，M为第i组处理器中的处理器数量。第三方面，提供了一种光互连器件的通信方法，该光互连器件包括：N个无源光互连层和N个有源光互联层，N为正整数且N不小于2；N个无源光互连层和N个有源光互联层交叉堆叠；N个有源光互联层中的每个有源光互联层中包含电光转换器件和光电转换器件；N个无源光互联层之间的有源光互联层中包含有源光开关；N个无源光互联层中的每个无源光互联层中包含波长路由器；该方法包括：电光转换器件将电信号转换为光信号；有源光开关开关N个无源光互联层之间的连接，将光信号传输至N个无源光互联层中的相应无源光互联层；相应无源光互联层中的波长路由器将光信号路由至相应无源光互联层中的波长路由器的相应输出端口；光电转换器件接收路由至相应无源光互联层中的波长路由器的相应输出端口的光信号并将光信号转换为电信号。结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，N个有源光互联层中的每 个有源光互联层具有M个输入接口和M个输出接口，M为正整数且M不小于2；N个有源光互联层中的每个有源光互联层中包含M个电光转换器件和M个光电转换器件；有源光开关为N×N有源光开关，有源光开关的数量为M；波长路由器为M×M波长路由器；在电光转换器件将电信号转换为光信号之前，该方法还包括：N个有源光互联层中的第i个有源光互联层的第j个输入接口接收N组处理器中的第i组处理器中的第j个处理器的电信号，并将电信号传输至第i个有源光互联层中的第j个电光转换器件，其中，电信号发往N组处理器中的第k组处理器中的第l个处理器，N组处理器中的每组处理器包括M个处理器，i＝1，2，...，N，j＝1，2，...，M，k＝1，2，...，N，l＝1，2，...，M；电光转换器件将电信号转换为光信号，包括：第i个有源光互联层中的第j个电光转换器件将电信号转换为光信号；有源光开关开关N个无源光互联层之间的连接，将光信号传输至N个无源光互联层中的相应无源光互联层，包括：M个有源光开关中的第j个有源光开关将光信号传输至N个无源光互联层中的第k个无源光互联层；相应无源光互联层中的波长路由器将光信号路由至相应无源光互联层中的波长路由器的相应输出端口，包括：第k个无源光互联层中的M×M波长路由器将光信号路由至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第l个输出端口；光电转换器件接收路由至相应无源光互联层中的波长路由器的相应输出端口的光信号并将光信号转换为电信号，包括：N个有源光互联层中的第k个有源光互联层中的第l个光电转换器件接收该第l个输出端口的光信号并将光信号转换为电信号；该方法还包括：第k个有源光互联层中的第l个光电转换器件将电信号传输至第k个有源光互联层的第l个输出接口；第k个有源光互联层的第l个输出接口将电信号发送给第k组处理器中的第l个处理器。结合第三方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，M个有源光开关中的第j个有源光开关将光信号传输至N个无源光互联层中的第k个无源光互联层，包括：第j个有源光开关将光信号传输至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第j个输入端口；第k个无源光互联层中的M×M波长路由器将光信号路由至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第l个输出端口，包括：第k个无源光互联层中的M×M波长路由器将传输至该第j个输入端口的光信号路由至该第l个输出端口。结合第三方面或第三方面的第一或二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，电光转换器件将电信号转换为光信号，包括：电光转换器件根据电信号的发送端与目的端的关系选择载波进行电光转换，将电信号转换为光信号。基于上述技术方案，本发明实施例通过先将信号传输至相应无源光互联层，再由相应无源光互联层中的波长路由器将信号路由至相应输出端口，可以将信号通过损耗较低的无源光互联层传输，既能够降低损耗，又能够采用更多的通道传输信号，增加带宽，从而能够提高系统的性能。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本发明一个实施例的光互连器件的示意性结构图。图2是根据本发明另一实施例的光互连器件的示意性结构图。图3a是根据本发明一个实施例的4组处理器的示意图图3b是根据本发明一个实施例的层间开关和波长路由器的连接方式的示意图。图4是根据本发明一个实施例的处理器间通信方式的示意图。图5是根据本发明另一实施例的处理器间通信方式的示意图。图6是根据本发明一个实施例的4×4有源光开关的示意图。图7是根据本发明一个实施例的光互连系统的示意图。图8是根据本发明一个实施例的光互连器件的通信方法的示意性流程图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。图1示出了根据本发明实施例的光互连器件100的示意性结构图。如图1所示，光互连器件100包括：N个无源光互连层110和N个有源光互联层120；N个无源光互连层110和N个有源光互联层120交叉堆叠。N为正整数且N不小于2，也就是说，光互连器件100包括至少两个无源光互连层110和至少两个有源光互联层120。应理解，图1示出了四个无源光互连层110和四个有源光互联层120，这不应对本发明构成限定。每个有源光互联层120中包含电光转换器件和光电转换器件。N个无源光互联层110之间的有源光互联层120中包含有源光开关。每个无源光互联层110中包含波长路由器。电光转换器件用于将待发送的电信号转换为光信号。可选地，电光转换器件具体用于根据待发送的电信号的发送端与目的端的关系选择载波进行电光转换，将待发送的电信号转换为光信号。也就是说，本实施例采用WDM，根据待发送的电信号的发送端与目的端的关系确定载波波长。有源光开关用于开关N个无源光互联层110之间的连接，将光信号传输至N个无源光互联层110中的相应无源光互联层110。波长路由器用于将传输至每个无源光互联层110的光信号路由至波长路由器的相应输出端口。光电转换器件用于接收波长路由器的输出端口的光信号并将接收到的光信号转换为电信号。在本发明实施例中，各无源光互联层110之间的有源光开关将光信号传 输至相应无源光互联层110，相应无源光互联层110中的波长路由器再将信号路由至相应输出端口。这样，光信号被分到各无源光互联层110中传输，由于无源材料比有源材料的损耗低，因此，在本发明实施例的光互连器件100能够降低损耗；同时，在本发明实施例的光互连器件100中，光信号可以被分到多个无源光互联层110中传输，因此能够提供更多的通道，增加带宽；而且多层堆叠的光互连结构能够减小器件的芯片面积，因此，本发明实施例的光互连器件100具有较高的性能。在本发明实施例中，可选地，如图2所示，光互连器件100还包括：驱动电路130，用于驱动N个有源光互联层120。驱动电路130可以采用硅通孔技术(TSV，Through-Silicon-Via)与N个有源光互联层120形成电连接，从而给N个有源光互联层120提供驱动。应理解，本发明对驱动电路130与有源光互联层120，无源光互联层110的相对位置关系不限定，图2示出的位置关系仅仅是一种示例。在本发明实施例的光互连器件100可以给处理器提供输入接口和输出接口，其中，输入接口用于处理器发送信号，输出接口用于处理器接收信号。应理解，在本发明实施例中，处理器表示需要传输信号的器件，例如CPU的内核(core)、缓存(cache)或内存控制器(memorycontroller)等。可选地，在本发明的一个实施例中，N个有源光互联层120中的每个有源光互联层120具有M个输入接口和M个输出接口，M为正整数且M不小于2。M个输入接口和M个输出接口对应M个处理器，因此，N个有源光互联层120可以对应N×M个处理器，也就是说，本发明实施例的光互连器件100可以用于N×M个处理器进行通信。类似地，处理器与有源光互联层120之间可以采用TSV技术形成电连接。N个有源光互联层120中的每个有源光互联层120中包含M个电光转换器件和M个光电转换器件。每个电光转换器件与每个输入接口连接，每个光电转换器件与每个输出接口连接。有源光开关为N×N有源光开关，有源光开关的数量为M。一个N×N有源光开关可以将任意一层的一个输入接口输入的电信号对应的光信号传输至相应的无源光互连层。波长路由器为M×M波长路由器。N个无源光互联层110共有N个M×M 波长路由器。N个有源光互联层120中的第i个有源光互联层的第j个输入接口用于接收N组处理器中的第i组处理器中的第j个处理器的第一电信号，并将第一电信号传输至第i个有源光互联层中的第j个电光转换器件，其中，第一电信号发往N组处理器中的第k组处理器中的第l个处理器，N组处理器中的每组处理器包括M个处理器，i＝1，2，...，N，j＝1，2，...，M，k＝1，2，...，N，l＝1，2，...，M。第i个有源光互联层中的第j个电光转换器件用于将第一电信号转换为第一光信号。M个有源光开关中的第j个有源光开关用于将第一光信号传输至N个无源光互联层110中的第k个无源光互联层。可选地，第j个有源光开关具体用于将第一光信号传输至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第j个输入端口。第k个无源光互联层中的M×M波长路由器用于将第一光信号路由至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第l个输出端口。可选地，第k个无源光互联层中的M×M波长路由器具体用于将传输至该第j个输入端口的第一光信号路由至该第l个输出端口。N个有源光互联层120中的第k个有源光互联层中的第l个光电转换器件用于接收该第l个输出端口的第一光信号，将第一光信号转换为第一电信号，并将第一电信号传输至第k个有源光互联层的第l个输出接口。第k个有源光互联层的第l个输出接口用于将第一电信号发送给第k组处理器中的第l个处理器。在本发明实施例中，对于第i组处理器中的第j个处理器发往第k组处理器中的第l个处理器的电信号，光互连器件100在将该电信号转换为光信号后，通过第j个有源光开关将该光信号传输至第k个无源光互联层，再第k个无源光互联层中的M×M波长路由器将该光信号路由至该M×M波长路由器的第l个输出端口，这样，光互连器件100通过N个无源光互连层110和N个有源光互联层120交叉堆叠的结构可以实现N组处理器之间的通信，而且具有较低的功耗和较高的带宽，从而具有较高的性能。下面以N＝4，M＝64为例详细描述本发明实施例。应注意，这只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明实施例，而非限制本发明实施例的 范围。N＝4，M＝64时，光互连器件包括4个无源光互连层和4个有源光互连层，无源光互连层和有源光互连层交叉堆叠。每个有源光互联层具有64个输入接口和64个输出接口，对应64个处理器，这64个处理器为1组，因此，4个有源光互连层对应4组处理器。4组处理器的示意图如图3a所示。每个无源光互连层包含一个64×64端口波长路由器，4层共有4个波长路由器。这4个波长路由器的输入端口连接了64个层间开关(即有源光开关)，该开关为4×4有源光开关。具体地，4个波长路由器的第1个输入端口连接第1个开关，4个波长路由器的第2个输入端口连接第2个开关，以此类推。该开关可以由控制信号选择不同层。层间开关和波长路由器的连接方式如图3b所示。处理器i-j表示第i组处理器中的第j个处理器。如果第1组中的第1个处理器需要与第4组的第6个处理器通信，如图4所示，处理器1-1向第1个有源光互连层中的第1个输入接口发送电信号，由第1个有源光互连层中连接第1个输入接口的电光转换器件进行电光转换，将电信号转换为光信号，再由第1个层间开关(第1个层间开关连接4个波长路由器的第1个输入端口)将光信号传输至第4个无源光互连层中的波长路由器的第1个输入端口，再由该波长路由器将光信号路由至该波长路由器的第6个输出端口，第4个有源光互连层中的光电转换器件接收该波长路由器的第6个输出端口处的光信号并转换为电信号传输至第4个有源光互连层中的第6个输出接口，处理器4-6从第4个有源光互连层中的第6个输出接口接收该电信号，从而完成处理器1-1至处理器4-6的通信。如果第2组中的第2个处理器需要与第3组的第15个处理器通信，如图5所示，处理器2-2向第2个有源光互连层中的第2个输入接口发送电信号，由第2个有源光互连层中连接第2个输入接口的电光转换器件进行电光转换，将电信号转换为光信号，再由第2个层间开关(第2个层间开关连接4个波长路由器的第2个输入端口)将光信号传输至第3个无源光互连层中的波长路由器的第2个输入端口，再由该波长路由器将光信号路由至该波长路由器的第15个输出端口，第3个有源光互连层中的光电转换器件接收该波长路由器的第15个输出端口处的光信号并转换为电信号传输至第3个有源光互连层中的第15个输出接口，处理器3-15从第3个有源光互连层中的 第15个输出接口接收该电信号，从而完成处理器2-2至处理器3-15的通信。图6是4×4有源光开关的一个示意图。图6中采用并联微环开关层间连接。如图6所示，当第1层的信号要传输至第2层时，微环1-1处于打开状态，其他微环关闭，就可以将第1层的信号传输至第2层；当第1层的信号要传输至第3层时，微环1-2和微环2-2处于打开状态，其他微环关闭，就可以将第1层的信号传输至第3层。本发明实施例还提供了一种光互连系统，包括上述的光互连器件和N组处理器。N组处理器中的第i组处理器中的处理器用于向N个有源光互联层中的第i个有源光互联层发送发往其他处理器的电信号，并从第i个有源光互联层接收其他处理器的电信号。具体地，第i组处理器中的第j个处理器用于向第i个有源光互联层的第j个输入接口发送发往其他处理器的电信号，并从第i个有源光互联层的第j个输出接口接收其他处理器的电信号，M为第i组处理器中的处理器数量。图7是根据本发明一个实施例的光互连系统700的示意图。如图7所示，光互连系统700包括上述的光互连器件100和处理器层710。处理器层710包括N组处理器，每组处理器包括M个处理器，一组M个处理器分别与一个有源光互联层120的M个输入接口和M个输出接口连接。N组处理器可通过光互连器件100进行通信，具体的通信过程可参考前述实施例，在此不再赘述。上文详细描述了根据本发明实施例的光互连器件和光互连系统，下面将描述根据本发明实施例的光互连器件的通信方法。图8示出了根据本发明实施例的光互连器件的通信方法800的示意性流程图。该方法800由前述的光互连器件100执行。如图8所示，该方法800包括：S810，电光转换器件将电信号转换为光信号；S820，有源光开关开关N个无源光互联层之间的连接，将光信号传输至N个无源光互联层中的相应无源光互联层；S830，相应无源光互联层中的波长路由器将光信号路由至相应无源光互联层中的波长路由器的相应输出端口；S840，光电转换器件接收路由至相应无源光互联层中的波长路由器的相应输出端口的光信号并将光信号转换为电信号。可选地，在本发明的一个实施例中，N个有源光互联层中的第i个有源光互联层的第j个输入接口接收N组处理器中的第i组处理器中的第j个处理器的电信号，并将电信号传输至第i个有源光互联层中的第j个电光转换器件，其中，电信号发往N组处理器中的第k组处理器中的第l个处理器，N组处理器中的每组处理器包括M个处理器，i＝1，2，...，N，j＝1，2，...，M，k＝1，2，...，N，l＝1，2，...，M；第i个有源光互联层中的第j个电光转换器件将电信号转换为光信号；M个有源光开关中的第j个有源光开关将光信号传输至N个无源光互联层中的第k个无源光互联层；第k个无源光互联层中的M×M波长路由器将光信号路由至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第l个输出端口；N个有源光互联层中的第k个有源光互联层中的第l个光电转换器件接收该第l个输出端口的光信号并将光信号转换为电信号；第k个有源光互联层中的第l个光电转换器件将电信号传输至第k个有源光互联层的第l个输出接口；第k个有源光互联层的第l个输出接口将电信号发送给第k组处理器中的第l个处理器。可选地，在本发明的又一个实施例中，第j个有源光开关将光信号传输至第k个无源光互联层中的M×M波长路由器的第j个输入端口；第k个无源光互联层中的M×M波长路由器将传输至该第j个输入端口的光信号路由至该第l个输出端口。可选地，在本发明的又一个实施例中，电光转换器件根据电信号的发送端与目的端的关系选择载波进行电光转换，将电信号转换为光信号。根据本发明实施例的光互连器件的通信方法800的各个流程可由根据本发明实施例的光互连器件100的相应模块执行，为了简洁，在此不再赘述。本发明实施例光互连器件的通信方法，通过先将信号传输至相应无源光互联层，再由相应无源光互联层中的波长路由器将信号路由至相应输出端口，可以将信号通过损耗较低的无源光互联层传输，既能够降低损耗，又能够采用更多的通道传输信号，增加带宽，从而能够提高系统的性能。应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体过程，可以参考前述装置和系统的具体工作过程，在此不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方 案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。