专利名称：低等待时间光学存储器总线的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及存储器电路，尤其涉及存储器总线。
背景技术：
普通的计算机芯片组包括经由正面总线电气耦合至存储器控制器的处理器。存储器控制器经由存储器总线电气耦合至一个或多个存储器模块。存储器模块插入存储器总线而存储器器件则插入存储器模块。处理器可以读取和/或写入存储器器件。为了有效操作芯片组，处理器应能对存储器器件高速存取。随着技术进步，就需要增加存储器总线的速度以改善芯片组的性能。
支持更快总线速度的一种存储器总线体系结构使用多个存储器模块。在此体系结构中，可以为存储器控制器支持的每个存储器通道把多个存储器模块插入存储器总线。
然而这一存储器总线体系结构有缺陷。例如，将多个存储器模块插入总线会导致阻抗不连续。阻抗不连续则会导致电噪声以及由信号反射产生的时间延迟。减轻这一阻抗不连续的一种方法是缓冲存储器模块。但缓冲会增加等待时间，而这也是对性能的限制。
在附图中，类似的编号通常指代相同、功能相似和/或结构等效的元件。元件第一次出现所在的附图由编号的最左位表示，其中上述附图包括图1是根据本发明一个实施例的存储器子系统的高层示意图；图2是根据本发明一个实施例，示出了操作图1中存储器子系统的方法的流程图；图3是根据本发明一个实施例，示出了操作图1中存储器子系统的方法的流程图；
图4是根据本发明一个实施例的计算机系统的高层框图；图5是根据本发明一个另选实施例的存储器子系统的高层示意图。
具体实施例方式
图1是根据本发明一个实施例的存储器子系统100的高层示意图。存储器子系统100包括与诸如存储器器件104、106和108的一个或多个存储器器件通信的集成电路102。在示出的实施例中，集成电路102包括光学收发器110，该光学收发器110则包括光学发送器112和光学接收器114。光学发送器112耦合至光学总线116而光学接收器114则耦合至光学总线117。
在示出的实施例中，存储器器件104、106和108分别耦合至存储器模块118、120和122。存储器模块118、120和122分别耦合至光学收发器124、126和128。光学收发器124包括光学接收器130和光学发送器132。光学收发器126包括光学接收器134和光学发送器136。光学收发器128包括光学接收器138和光学发送器140。光学接收器130、134和138分别经由光学耦合器142、144和146耦合至光学总线116。而光学发送器132、136和140分别经由光学耦合器148、150和152耦合至光学总线117。
集成电路102可以是与存储器器件104、106和108通信的任何器件。在一个实施例中，集成电路102可以是处理器。在此实施例中，集成电路102可以是任何适应的器件，这些器件能够执行包括实现本发明实施例的程序指令。例如，集成电路102可以是从美国California，Santa Clara的Intel公司购买的Pentium处理器系列的处理器。该处理器可以读取存储器器件104、106和108和/或写入存储器器件104、106和108。
在一个可选实施例中，集成电路102可以是存储器控制器。例如，当其他器件尝试读取存储器器件104、106和108和/或写入存储器器件104、106和108时，集成电路102可以为存储器器件104、106和108执行控制并监视数据线状态以及误差校验等功能。
存储器器件104、106和108可以是执行存储数据(像素、帧、音频、视频等)和软件(控制逻辑、指令、代码、计算机程序等)以方便其他组件存取的任何合适的存储器。存储器器件104、106和108不限于任何特定种类的存储器器件。在本发明的实施例中，存储器器件104、106和108可以是任何已知的只读存储器(ROM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态RAM(RAM)、闪存等等。在阅读了此处描述之后，本领域普通技术人员将很容易地明白如何在其他类型的存储器器件上执行本发明的实施例。
在一个实施例中，光学收发器110是封装和/或结合在集成电路102上的分立元件。在一个可选实施例中，光学收发器110可以与集成电路102集成作为单个封装或单个芯片。
光学发送器112可以是执行接收电信号作为其输入，处理该电信号并使用经处理的电信号调制光电器件(诸如发光二极管(LED)或激光器)以产生能够由传输介质传输的光学信号的功能的任何合适的光学发送器。合适的光学发送器包括二极管激光器、半导体激光器、垂直腔表面发光激光器(VCSEL)、外部腔激光器(ECL)或其他合适的光学发送器。光学发送器132、136和140可类似于光学发送器112。
光学接收器114可以是执行检测光学信号，把光学信号转换成电信号，放大、时钟恢复、滤波和/或对电信号执行进一步处理的功能的任何合适的光学接收器。合适的光学接收器包括P-I-N检测器、雪崩光电二极管和/或其他光学接收器。光学接收器130、134和138可类似于光学接收器114。
光学总线116和/或117的物理层(PHY)可以是执行将光学信号从一点传播至另一点功能的任何合适的传输介质。在一个实施例中，光学总线116和/或117可以包括光纤作为传输介质。光纤可以位于集成电路102所在的相同印刷电路板(PCB)上，并可通过例如传统的电信光学连接器与集成电路102耦合。光纤可被集成至PCB内或被路由作为自由光缆。
在一个可选实施例中，光学总线116和/或117可以包括光导作为传输介质。
在另一个实施例中，光学总线116和/或117可以包括自由空间来作为传输介质。在此实施例中，集成电路102可以被对准光学耦合器142、144、146、148、150和152，并具有一条与它们瞄准的的清晰的线。
存储器模块118、120和122是可以被插入存储器器件(诸如存储器器件104、106和108)的小型印刷电路板(PCB)。存储器模块118、120和122不限于特定类型的存储器模块。在一个实施例中，存储器模块118、120和122是双列直插存储器模块(DIMM)。在另一个实施例中，存储器模块118、120和122是单列直插存储器模块(SIMM)。在阅读了此处描述之后，本领域普通技术人员将很容易地明白如何在其他类型的存储器模块上执行本发明的实施例。
光学耦合器142、144和146是将全部或部分光学信号从光学总线116耦合至光学收发器124、126和128的任何合适的光学耦合器。在光学总线116是波导而光学耦合器142、144和146是定向耦合器波导(即，瞬逝(evanescent)耦合器)的实例中，光学耦合器142、144和146贴近光学总线116。
当光学信号在光学总线116中传播时，在光学总线116中传播的瞬逝尾部(tail)部分落入光学耦合器142、144和146中。落入光学耦合器142、144和146的瞬逝尾部激励光学耦合器142、144和146内的光波，并且能量也从光学总线116逐渐传播至光学耦合器142、144和146。从光学总线116传播至光学耦合器142、144和146的能量多寡是由修整光学总线116和光学耦合器142、144和146的互作用长度和它们之间的距离决定的。
例如，可以修整该互作用长度使得如果在光学总线116上存在N个光学耦合器，则将光学信号的N分之一(其中N是存储器子系统中的存储器模块数)耦合入每个光学耦合器直至与其相关联的光学收发器。也就是说，如果光学总线116上有四个光学耦合器，则把光学总线116内传播的光学信号的25％分别耦合入每个瞬逝耦合器直至与其相关联的光学收发器。最后的瞬逝耦合器耦合剩余的光学信号能量。
在一个可选实施例中，光学耦合器142、144和146可以是分束器。每个分束器都可以将在光学总线116内传播的光学信号的一部分(例如，N分之一)引导入与其相关联的光学收发器。光学信号的剩余能量能传播通过下一个分束器，该分束器把在光学总线116内传播的光学信号的一部分(例如，N分之一)引导入与其相关联的光学收发器。最后的分束器则把在光学总线116内传播的剩余光学信号能量引导入与其相关联的光学收发器。
在又一个实施例中，光学耦合器142、144和146可以是光纤。每个光纤都可以将在光学总线116内传播的光学信号的一部分(例如，N分之一)耦合入与其相关联的光学收发器。下一个光纤把在光学总线116内传播的光学信号的一部分(例如，N分之一)耦合入与其相关联的光学收发器。最后的光纤则把在光学总线116内传播的剩余光学信号能量引导入与其相关联的光学收发器。
光学耦合器148、150和152可以是将一光学信号从光学收发器124、126和128耦合至光学总线117的任何合适的光学耦合器。在光学总线117是波导而光学耦合器148、150和152是波导(即，瞬逝耦合器)的实例中，光学耦合器148、150和152贴近光学总线117。
当光学信号在光学耦合器148、150和152中传播时，在光学耦合器148、150和152中传播的瞬逝尾部(tail)部分落入光学总线117中。落入光学总线117的瞬逝尾部激励光学总线117内的光波，并且能量也从光学耦合器148、150和152逐渐传播至光学总线117。在一个实施例中，光学耦合器142、144和146可以是耦合至光学总线117的光纤。
图2是根据本发明一个实施例示出了用于操作存储器子系统100的过程200的流程图，其中集成电路102发送信号给存储器器件104、106和108。集成电路102可以执行读请求或写请求，其中它会在电信号上发送控制信号和/或数据给光学收发器110。此外，集成电路102在它以电信号的形式发送数据给光学收发器110的情况下，可以写入存储器器件104、106和108。
如下将以最容易帮助理解本发明实施例而依次执行的多个离散框的方式来描述过程200的操作。然而，不应将它们的描述次序理解为必须依赖的操作次序或者必须以示出框的次序来执行的操作。
当然，过程200只是一个实例过程，所以其他的过程也可用于实现本发明的实施例。其上带有机器可读指令的机器可访问介质可用于引发机器(例如，处理器)执行过程200。
在框202中，光学收发器110将电信号转换成光学信号。
在框204中，光学总线116传播光学信号。
在框206中，光学耦合器142将在光学总线116内传播的光学信号的N分之一耦合入光学接收器130，光学耦合器144将在光学总线116内传播的光学信号的N分之一耦合入光学接收器134，而光学耦合器146将在光学总线116内传播的光学信号的最后N分之一耦合入光学接收器138。
在框208中，光学收发器124将其N分之一的光学信号转换成电信号，光学收发器126将其N分之一的光学信号转换成电信号，而光学收发器128将其N分之一的光学信号转换成电信号。
在框210中，存储器模块118把它的电信号耦合至存储器器件104，存储器模块120把它的电信号耦合至存储器器件106，而存储器模块122把它的电信号耦合至存储器器件108。在一个实施例中，存储器器件104、106和108通过确认读请求或写请求或者(如果恰当的话)通过存储包括在电信号内的数据来响应该电信号。
图3是根据本发明一个实施例示出了用于操作存储器子系统100的过程300的流程图，其中存储器器件104、106和108发送信号给集成电路102。存储器器件104、106和108可以响应于来自集成电路102的读请求或写请求，其中它以电信号的形式发送控制信号和/或数据给光学收发器124。
如下将以最容易帮助理解本发明实施例而依次执行的多个离散框的方式来描述过程300的操作。然而，不应将它们的描述次序理解为必须依赖的操作次序或者必须以示出框的次序来执行的操作。
当然，过程300只是一个实例过程，所以其他的过程也可用于实现本发明的实施例。其上带有机器可读指令的机器可访问介质可用于引发机器(例如，处理器)执行过程300。
在框302中，光学收发器124将来自存储器104的电信号转换成光学信号，光学收发器126将来自存储器106的电信号转换成光学信号，而光学收发器128将来自存储器108的电信号转换成光学信号。
在框304中，光学耦合器148将来自光学收发器124的光学信号耦合入光学总线117，光学耦合器150将来自光学收发器126的光学信号耦合入光学总线117，而光学耦合器152将来自光学收发器128的光学信号耦合入光学总线117。
在框306中，光学总线117将来自光学耦合器148、150和150的光学信号耦合入光学收发器110。
在框308中，光学收发器110将光学信号转换成电信号。在一个实施例中，集成电路102通过读取包括在电信号上的数据来响应该电信号。
根据本发明实施例使用多个存储器模块允许子系统100支持高速操作。使用光纤耦合器142、144、146、148、150和152就避免了在传统存储器子系统中出现的阻抗不匹配问题。这是因为虽然在光学总线116或117上插入了多个存储器模块，但是使用光频作为载波就允许使用波导来耦合一部分光，同时能够管理反射并保持信号完整。结果就可避免由信号反射所引起的电噪声和时间延迟。
因为使用本发明实施例避免了阻抗不匹配，所以存储器模块无需缓冲来补偿阻抗不连续。结果就可消除由该缓冲引起的等待时间问题(例如，由在读入后续存储器模块之前必须等待数据读入存储器模块所引起的等待时间)。存在与光-电和电-光转换相关联的额外等待时间，但使用合适的收发器器件和电路可以将其保持在较低的水平(与缓冲相关联)。
还可通过使用根据本发明实施例的光学耦合器来避免常规的等待时间问题。这是因为耦合在光学总线116或117中传播的光学信号的一部分光能并不影响通过下一个光学收发器及其相关存储器模块的光学信号。这就意味着存储器子系统100在读入后续存储器模块之前无需等待数据读入存储器模块。
图4是根据本发明一个实施例的计算机系统400的高层框图。在示出的实施例中，计算机系统400包括存储器子系统100。实例的计算机系统400耦合至图形控制器402、以太网控制器404和外围部件互连(PCI)控制器408。
图形控制器402执行接收命令和数据并生成显示信号(例如，以RGB格式)的传统功能。图形控制器技术是已知的。
以太网控制器404执行将外围器件连接至以太网总线或电缆的传统功能。以太网控制器技术也是已知的。
PCI控制器406执行连接存储器子系统102和PCI总线层的传统功能。PCI控制器技术也是已知的。
虽然在此描述的本发明实施例参考了两个单向光学总线116和117，但是本发明的实施例不限于此。例如，图5示出了根据本发明的一个其中实现了双向光学总线502的可选实施例的存储器子系统500的高层示意图。
在一个实施例中，传播至光学收发器124、126和128的光学信号在其上带有传播至光学收发器110的光学信号的光学总线502上传播。可以在每个方向上优化光学耦合器504、506、508、510、512和514。例如，还可使用不对称耦合器实现光隔离。在阅读了此处的描述之后，本领域普通技术人员将很容易地明白如何在这一双向总线上执行本发明的实施例。
在一个可选实施例中，存在耦合在集成电路102与每个存储器模块118、120和122之间的分开的光学总线。在阅读了此处的描述之后，本领域普通技术人员将很容易地明白如何使用用于每个存储器模块的分开总线来执行本发明的实施例。
可以用硬件、软件或它们的组合实现本发明的实施例。在使用软件的实现中，可将所述软件存储在机器可访问介质上。
机器可访问介质包括以机器(例如，计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、带有一个或多个处理器组的任何设备)可访问形式提供(即存储和/或发送)信息的任何机制。例如，机器可访问介质可以包括可记录和不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存器件等等)以及电气、光学、声学或其他传播信号形式(例如，载波、红外信号、数字信号等等)等等。
以上对本发明示出实施例的描述并非旨在彻底地将本发明的实施例限制在公开的特定形式上。在此公开的本发明特定实施例仅出于示例性的目的，并且本领域普通技术人员应该认识到在本发明实施例的范围内存在各种等效变化。也可基于上述细节描述对本发明的实施例做出各种修改。
在以上的描述中呈现了诸如具体的工艺、材料和器件之类的各种特定的细节，以对本发明的实施例提供更透彻的理解。本领域普通技术人员将认识到就算没有所述的一个或多个特定细节或仅凭借其他方法和组件也能实现本发明。在其他的实例中，未详细示出已知的结构或操作以防止淡化对此描述的理解。
参考说明书中的“某个实施例”或“一个实施例”意指在至少本发明的一个实施例中包括了联系实施例而描述的特定特征、结构、过程、框或性能。这样在该说明书通篇各处出现的短语“在一个实施例中”或“在某个实施例中”无需全部指代同一实施例。特定的特征、结构或性能可以任何合适的方式组合在一个或多个实施例中。
在所附权利要求中使用的术语不应该被解释为将本发明的实施例限制在说明书和权利要求中公开的特定实施例。相反，本发明实施例的范围完全由所附权利要求确定，对所附权利要求的解释则根据权利要求解释的建立条款。
权利要求
1.一种装置，包括与存储器通信的集成电路，所述集成电路具有光学发送器；耦合至所述光学发送器的光学总线；经由N个光学耦合器耦合至所述光学总线的N个光学接收器；耦合至所述N个光学接收器的N个存储器模块；以及耦合至所述N个存储器模块的一个或多个存储器器件，所述光学发送器将与所述存储器器件通信的信号从第一电信号转换成光学信号，所述光学总线传播所述光学信号，N个所述光学耦合器的每一个把来自光学总线的光学信号的N分之一耦合至与其相关联的光学接收器，每个光学接收器将它的N分之一的光学信号转换成第二组电信号，所述N个存储器模块将所述第二组电信号耦合至所述存储器器件。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述集成电路是存储器控制器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述集成电路是处理器。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学总线包括波导、光纤或自由空间中的至少一种。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学发送器包括激光器。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器是定向耦合器。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述定向耦合器包括波导或光纤。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器是自由空间耦合器。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述自由空间耦合器是分束器。
10.一种包括含数据的机器可访问介质的产品，当由机器访问所述数据时会引发该机器执行下述操作将与存储器器件通信的信号从第一电信号转换成光学信号；在光学总线上传播所述光学信号直至N个光学耦合器；把来自所述光学总线的光学信号的N分之一耦合至N个光学接收器的每一个；每个光学接收器将它的N分之一的光学信号转换成第二组电信号；并且经由N个存储器模块将所述第二组电信号耦合至一个或多个存储器器件。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述机器可访问介质还包括某些数据，这些数据可引发所述机器执行在波导或光纤上传播所述光学信号的操作。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述机器可访问介质还包括某些数据，这些数据可引发所述机器执行将来自所述光学总线的所述光学信号的N分之一经由定向耦合器耦合至N个光学接收器每一个的操作。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述机器可访问介质还包括某些数据，这些数据可引发所述机器执行经由自由空间传播所述光学信号的操作。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述机器可访问介质还包括某些数据，这些数据可引发所述机器执行将来自所述光学总线的所述光学信号的N分之一经由分束器耦合至N个光学接收器的每一个的操作。
15.一种装置，包括与集成电路通信的一个或多个存储器器件，所述集成电路具有光学接收器；耦合至所述存储器器件的N个存储器模块；耦合至N个存储器模块的N个光学发送器；以及耦合至所述光学接收器的光学总线，所述N个光学发送器的每一个将与所述集成电路通信的信号从电信号转换成光学信号，所述光学总线将所述光学信号传播至所述光学接收器，所述光学接收器将所述光学信号转换成电信号。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述集成电路是存储器控制器。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述集成电路是处理器。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述光学总线包括波导、光纤或自由空间中的至少一种。
19.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述光学发送器包括光检测器。
20.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述耦合器是定向耦合器。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述定向耦合器包括波导或光纤。
22.一种系统，包括与存储器通信的集成电路，所述集成电路具有光学发送器；耦合至所述光学发送器的光学总线；经由N个光学耦合器耦合至所述光学总线的N个光学接收器；耦合至所述N个光学接收器的N个存储器模块；以及耦合至所述N个存储器模块的一个或多个存储器器件，其中所述光学发送器将与所述存储器器件通信的信号从第一电信号转换成光学信号，所述光学总线传播所述光学信号，N个所述光学耦合器的每一个把来自光学总线的光学信号的N分之一耦合至与其相关联的光学接收器，每个光学接收器将它的N分之一的光学信号转换成第二组电信号，所述N个存储器模块将所述第二组电信号耦合至所述存储器器件；以及耦合至所述集成电路的图形控制器。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述集成电路是存储器控制器。
24.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述集成电路是处理器。
25.一种系统，包括与集成电路通信的一个或多个存储器器件，所述集成电路具有光学接收器；耦合至所述存储器器件的N个存储器模块；耦合至N个存储器模块的N个光学发送器；以及耦合至所述光学接收器的光学总线，其中所述N个光学发送器的每一个将与所述集成电路通信的信号从电信号转换成光学信号，所述光学总线将所述光学信号传播至所述光学接收器，所述光学接收器将所述光学信号转换成电信号；以及耦合至所述集成电路的图形控制器。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述集成电路是存储器控制器。
27.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述集成电路是处理器。
全文摘要
本发明的实施例包括与存储器通信的集成电路。该集成电路包括光学发送器，以及耦合至该集成电路的光学发送器的光学总线。N个光学接收器经由N个光学耦合器耦合至所述光学总线。M个存储器模块耦合至所述N个光学接收器。N个存储器器件耦合至所述N个存储器模块。光学发送器将与N个存储器模块通信的信号从电信号转换成光学信号。光学总线传播光学信号。N个光学耦合器的每一个把来自光学总线的光学信号的N分之一耦合至N个光学接收器的每一个，N个光学接收器的每一个将它的N分之一的光学信号转换成给与其相关联的存储器器件的电信号。
文档编号G06F13/16GK1886688SQ200480035234
公开日2006年12月27日 申请日期2004年12月23日 优先权日2003年12月30日
发明者W·R·莫罗, B·C·巴尼特 申请人:英特尔公司