使用編碼脈沖幅度調(diào)制的光學通信接口的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年3月8日提交的美國序號13/791，201 (代理人案號 A929R0-001601US)的優(yōu)先權(quán)，該申請之全文并入本文中，以作參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 在過去幾十年，通信網(wǎng)絡的使用激增。在互聯(lián)網(wǎng)初期，廣泛應用限于電子郵件、公 告欄、以及大部分基于信息和文本的網(wǎng)頁瀏覽，并且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量通常較小。如今，互聯(lián)網(wǎng) 和移動應用需要大量帶寬，來傳輸照片、視頻、音樂以及其他多媒體文件。例如，社交網(wǎng)絡 (例如，F(xiàn)acebook)每天處理500TB以上的數(shù)據(jù)。由于對數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪@種高要求，所 以現(xiàn)有數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)需要改進，以解決這些需要。
[0005] 在過去，存在多種類型的通信系統(tǒng)和方法。遺憾的是，這些通信系統(tǒng)和方法對于各 種應用不充足。因此，需要改進的通信系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和方法。更具體而言，本發(fā)明的各種實施方式提供通信 接口，該通信接口被配置為通過光學通信網(wǎng)絡使用PAM格式以高帶寬傳輸數(shù)據(jù)。在某些實 施方式中，在葉脊網(wǎng)絡架構(gòu)內(nèi)的各種裝置（例如，脊交換機和葉交換機）使用通信接口，這 允許在服務器之間共享大量數(shù)據(jù)。
[0007] 要理解的是，本發(fā)明的實施方式提供超過現(xiàn)有技術(shù)的大量益處和優(yōu)點。此外，葉脊 架構(gòu)與用于光學通信鏈路內(nèi)的PAM格式相結(jié)合，在這個架構(gòu)內(nèi)的服務器可以快速并且有效 地共享大量數(shù)據(jù)，從而與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，允許提高服務器的虛擬化和合作。例如，根據(jù)本發(fā) 明的一個實施方式的通信接口提供I. 2Tb/s帶寬。在【具體實施方式】中，本發(fā)明提供3. 2Gb/ s或更高的帶寬。單個脊服務器可以具有32個端口，每個端口以100Gb/S配置。此外，與相 似規(guī)格的傳統(tǒng)系統(tǒng)的12W功耗相比，在本發(fā)明的各種實現(xiàn)方式中描述的基于PAM的光學通 信接口節(jié)能，具有大約3W的功耗。例如，根據(jù)本發(fā)明的通信接口可以與其他元件集成，從而 減小總尺寸。還具有很多其他優(yōu)點。
【附圖說明】
[0008] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的葉脊架構(gòu)100的簡化圖。
[0009] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的通信裝置的形狀因數(shù)的簡化圖。
[0010] 圖3A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的通信接口 300的簡化圖。
[0011] 圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的分段光學調(diào)制器的簡化圖。
[0012] 圖4A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的PAM-8格式的簡化圖。
[0013] 圖4B是示出使用BCH校驗符號進行PAM映射的簡化圖。
[0014] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的PAM8編碼方案的簡化圖。
[0015] 圖6是示出具有高編碼增益的PAM8編碼方案的簡化圖。
[0016] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的PAM-12映射的簡化圖。
[0017] 圖8是示出PAM12映射的星座的簡化圖。
[0018] 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的PAM12映射的簡化圖。
[0019] 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的PAM16映射的簡化圖。
[0020] 圖11是示出PAM16編碼方案的簡化圖。
[0021] 圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的BCH代碼構(gòu)造的簡化圖。
[0022] 圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于PAM格式中的Reed-Solomon(RS)代碼 構(gòu)造的簡化圖。
[0023] 圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于PAM12格式的BCH-RS編碼的簡化 圖。
【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)和方法。更具體而言，本發(fā)明的各種實施方式提供通信接口， 該通信接口被配置為通過光學通信網(wǎng)絡使用PAM格式以高帶寬傳輸數(shù)據(jù)。在某些實施方式 中，在葉脊網(wǎng)絡架構(gòu)內(nèi)的各種裝置使用該通信接口，這允許在服務器之間共享大量數(shù)據(jù)。
[0025] 在過去幾十年，隨著云計算和數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)，網(wǎng)絡服務器的需要演化。例如，長 期使用的三級配置不再充足或合適，這是因為分布式應用程序需要更平坦的網(wǎng)絡架構(gòu)，其 中，服務器虛擬化允許服務器平行操作。例如，多個服務器可以共同用于執(zhí)行請求的任務。 對于要平行運作的多個服務器，這些服務器通常需要在其間快速共享大量信息，與使數(shù)據(jù) 通過多層網(wǎng)絡架構(gòu)（例如，網(wǎng)絡交換機等）來回移動相反。
[0026] 提供葉脊型網(wǎng)絡架構(gòu)，以更好地允許服務器平行運作并且在服務器之間快速移動 數(shù)據(jù)，提供高帶寬和低延遲。通常，葉脊網(wǎng)絡架構(gòu)使用架頂交換機，該交換機可以直接訪問 服務器節(jié)點并且反向鏈接一組非阻塞的脊交換機，這些交換機具有足夠的帶寬，以允許服 務器集群彼此鏈接并且共享大量數(shù)據(jù)。
[0027] 在如今典型的葉脊網(wǎng)絡中，在服務器之間共享千兆位數(shù)據(jù)。在某些網(wǎng)絡架構(gòu)中，在 相同水平上的網(wǎng)絡服務器具有某些對等鏈路，用于數(shù)據(jù)共享。遺憾的是，這種類型的設置 的寬度通常不充足。要理解的是，本發(fā)明的實施方式在葉脊架構(gòu)中使用PAM(例如，PAM8、 PAM12、PAM16等），該架構(gòu)允許經(jīng)由光學網(wǎng)絡傳輸大量數(shù)據(jù)（在脊等級上，高達兆兆位數(shù) 據(jù)）。
[0028] 提出了以下描述，以能夠允許本領(lǐng)域的技術(shù)人員構(gòu)造和使用本發(fā)明，并且在特定 應用的背景下包含本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不同應用中的各種修改以及大量用 途顯而易見，并且在本文中限定的一般原理可以應用于大量實施方式中。因此，本發(fā)明并非 旨在限于所提出的實施方式，而是符合與在本文中公開的原理和新穎特征一致的最寬泛的 范圍。
[0029] 在以下詳細描述中，陳述了多個具體細節(jié)，以便提供本發(fā)明的更徹底理解。然而， 對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，顯然可以實踐本發(fā)明，不必限于這些具體細節(jié)。在其他情況下，用 方框圖的形式（而非詳細地）顯示了眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置，以免本發(fā)明晦澀難懂。
[0030] 讀者注意到與本說明書同時提交的并且公開以與本說明書一起供公眾查閱的所 有論文和文檔，并且所有這些論文和文檔的內(nèi)容包含在本文中，以作參考。在本說明書（包 括任何所附權(quán)利要求、摘要以及附圖）中公開的所有特征可以由用作相同、等效或相似目 的的替換特征代替，除非另有明確規(guī)定。因此，除非另有明確規(guī)定，否則公開的每個特征是 通用系列的等效或相似特征中的僅僅一個實例。
[0031] 而且，未明確規(guī)定用于執(zhí)行特定功能的"裝置"或者用于執(zhí)行特定功能的"步驟"的 在權(quán)利要求中的任何部件不解釋為在35U. S. C.第112部分第6段中規(guī)定的"裝置"或"步 驟"條款。尤其地，在本文中的權(quán)利要求中使用"步驟"或"行為"并非旨在調(diào)用35U.S.C.第 112部分第6段的規(guī)定。
[0032] 要注意的是，如果使用的話，那么標簽左、右、前、后、頂部、底部、向前、背面、順時 針以及逆時針僅僅用于方便的目的，并非旨在表示任何特定的固定方向。相反，這些標簽用 于反映在對象的不同部分之間的相對位置和/或方向。
[0033] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的葉脊架構(gòu)100的簡化圖。這個示圖僅僅 是一個實例，該實例不應過度限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到很多變化、 替換物以及修改。葉脊架構(gòu)100包括服務器120、葉交換機110以及脊交換機103。要理解 的是，根據(jù)需要和具體應用，服務器和交換機的數(shù)量和設置可以改變。如圖1中所示，每個 服務器可以連接至不止一個葉交換機。例如，服務器121連接至葉交換機111和112。同 樣，服務器122連接至葉交換機111和112,服務器123也是這樣。在一個示例性實施方式 中，服務器121經(jīng)由使用脈沖幅度調(diào)制（PAM)的光學通信鏈路連接至葉交換機111。在本 發(fā)明的各種實施方式中，PAM2、PAM4、PAM8、PAM12、PAM16和/或PAM的其他變化還可以與 光學通信鏈路相結(jié)合使用。在服務器121與葉交換機111之間的光學通信鏈路的帶寬可以 超過10千兆位/秒。每個葉交換機（例如，葉交換機111)可以連接至10個或更多個服務 器。在一個實現(xiàn)方式中，葉交換機具有至少100千兆位/秒的帶寬。
[0034] 在一個【具體實施方式】中，葉交換機包括接收器裝置，接收器裝置被配置為接收4 個通信信道，并且每個信道能夠以25千兆位/秒傳輸輸入數(shù)據(jù)并且被配置為PAM-2格式。 同樣，服務器（例如，服務器121)包括通信接口，所述通信接口被配置為以100千兆位/秒 傳輸和接收（例如，4個信道，每個信道以25千兆位/秒），并且與葉交換機的通信接口兼 容。脊交換機同樣包括通信接口，用于以PAM格式傳輸和接收數(shù)據(jù)。脊交換機可以具有大 量通信信道，以容納大量葉交換機，每個交換機提供大量服務器的交換。
[0035] 葉交換機連接至脊交換機。如圖1中所示，每個葉交換機連接至脊交換機101和 102。例如，葉交換機111連接至脊交換機101和102,并且葉交換機113和114也是如此。 在一個特定實施方式中，每個脊交換機配置有帶寬3. 2兆兆位/秒，這個帶寬足夠大，以傳 送32光學通信鏈路，每個鏈路具有100千兆位/秒。根據(jù)具體實現(xiàn)方式，還能夠具有其他 配置和帶寬。
[0036] 通過在圖1中顯示的架構(gòu)100,服務器能夠以高帶寬有效地彼此通信。在服務器與 葉交換機之間并且還在葉交換機與脊交換機之間使用光學通信鏈路，并且PAM用于光學網(wǎng) 絡通信。
[0037] 要理解的是，上述PAM通信接口可以根據(jù)如今通信標準形狀因數(shù)實現(xiàn)。此外，與傳 統(tǒng)裝置相比，由高效率等級提供的、根據(jù)本發(fā)明的實施方式的網(wǎng)絡收發(fā)器可以具有遠遠更 低的功耗以及更小的形狀因數(shù)。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的通信裝置的形狀 因數(shù)的簡化圖。如今，C形狀因數(shù)可插入（CFP)標準廣泛適用于千兆位網(wǎng)絡系統(tǒng)。傳統(tǒng)的 基于電氣連接的CFP收發(fā)器通常使用IOX 10千兆位/秒線路來實現(xiàn)高帶寬。通過光學連 接，CFP收發(fā)器可以使用IOX 10千兆位/秒配置、4X25千兆位/秒配置或其他配置。要 理解的是，使用光學通信鏈路和PAM格式，根據(jù)本發(fā)明的收發(fā)器可以具有比所顯示的CFP和 CFP2遠遠更小的形狀因數(shù)。在各種實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的通信接口可以具有形狀因數(shù) CFP4或QSF