Устройство оптического соединения для многопроцессорной вычислительной системы

 

Изобретение относится к оптоэлектронным системам и может быть использовано в многопроцессорных системах обработки информации для передачи информации между отдельными подсистемами вычислительной системы. Его применение позволяет получить технический результат в виде обеспечения возможности без использования спектрального разделения оптических сигналов вести одновременный обмен информацией. Этот результат достигается благодаря тому, что устройство состоит из нескольких оптически непрозрачных плат, расположенных в две стопки, при этом на каждой плате по одному ее краю расположены по N оптических приемных модулей, на равном расстоянии друг от друга, с окнами приема оптического излучения, направленными в сторону края платы, вдоль которого они расположены, а на противоположной по отношению к оптическим приемным модулям стороне платы размещен оптический передающий модуль, причем поверхности плат одной стопки перпендикулярны поверхностям плат другой стопки. 2 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронным системам и может быть использовано в многопроцессорных системах обработки информации для передачи информации между отдельными подсистемами вычислительной системы.

Известно устройство оптического соединения для передачи информации между отдельными подсистемами вычислительной системы, содержащее кроме оптических передающих и приемных модулей такие дополнительные оптические элементы, как цилиндрические линзы и зеркала (патент США от 7 ноября 1995 г., МКИ G 02 B 6/26).

Одним из недостатков этого известного устройства является то, что доведение оптического сигнала до всех подсистем вычислительной системы требует использования дополнительных оптических элементов, таких как зеркала, линзы, уголковые отражатели, имеющих весьма большие размеры по сравнению с оптическими приемниками и излучателями оптического сигнала.

Известно также устройство оптического соединения аналогичного назначения, содержащее специальные оптические элементы, обладающие свойствами приема и ретрансляции оптического сигнала (патент США от 30 января 1996 г., МКИ G 06 F 013/00).

Одним из недостатков этого известного устройства является то, что доведение оптического сигнала до всех подсистем вычислительной системы требует использования специальных оптических элементов, сочетающих в себе свойства оптических приемников и ретрансляторов оптического сигнала, более сложных и дорогих, чем обычные оптические приемные и передающие модули.

Кроме того, общим недостатком всех указанных выше известных устройств является то, что они формируют оптическое соединение типа "общая шина", в котором сигнал, принимаемый оптическим приемным модулем какой-либо подсистемы, является суммой сигналов от нескольких или от всех других подсистем вычислительной системы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство оптического соединения нескольких вычислительных подсистем с распространением оптического сигнала по прямому пути, содержащее по одному оптическому приемному модулю на каждую подсистему и по одному оптическому передающему модулю на каждую подсистему, где оптический сигнал, излученный передающим оптическим модулем одной подсистемы, достигает оптических приемных модулей всех других подсистем (патент США от 10 марта 1998 г. МКИ Н 04 В 10/00).

Это устройство обладает тем же недостатком, что и у рассмотренных ранее аналогов изобретения - устройство формирует оптическое соединение типа "общая шина". Поэтому для обеспечения возможности одновременной передачи информации от многих источников ко многим приемникам с помощью такого соединения необходимо использовать, например, разделение оптического сигнала по длинам волн, что существенно усложняет аппаратуру. В противном же случае в каждый момент времени информация с помощью такого соединения может передаваться только от одного источника.

Поставлена задача разработать такое устройство оптического соединения между подсистемами многопроцессорной вычислительной системы, в котором используются только обычные оптические приемные и передающие модули, не обладающие свойствами ретрансляции оптического сигнала, и которое допускает одновременную передачу информации от многих источников ко многим приемникам без использования разделения оптического сигнала по длинам волн.

Поставленная задача достигается тем, что устройство оптического соединения вычислительных подсистем многопроцессорной вычислительной системы, содержащее оптические приемные и передающие модули, согласно изобретению, состоит из нескольких оптически непрозрачных плат, расположенных в две стопки, при этом на каждой плате по одному ее краю расположены по N оптических приемных модулей, на равном расстоянии друг от друга, с окнами приема оптического излучения, направленными в сторону края платы, вдоль которого они расположены, а на противоположной по отношению к оптическим приемным модулям стороне платы размещен оптический передающий модуль, причем поверхности плат одной стопки перпендикулярны поверхностям плат другой стопки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что каждый оптический приемный модуль принимает оптический сигнал только от одного оптического передающего модуля, так что наложения оптических сигналов не происходит и все оптические передающие модули могут передавать информацию одновременно без использования разделения по длинам волн. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что в отличие от них данное решение не требует использования дополнительных оптических элементов, кроме передающих и приемных модулей, специальных оптических элементов или оптических модулей с особыми свойствами, такими как способность к ретрансляции оптического сигнала. При этом оно позволяет без использования техники разделения оптических сигналов по длинам волн вести одновременную передачу информации от многих оптических передающих модулей. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вид заявляемого устройства с направления, перпендикулярного плоскостям плат одной из стопок и параллельного плоскостям плат другой стопки; на фиг.2 - вид заявляемого устройства с направления, параллельного поверхностям плат обеих стопок, для случая 8 плат, разделенных на две стопки по 4 платы в каждой.

Устройство оптического соединения предназначено для передачи информации между отдельными подсистемами, входящими в состав многопроцессорной вычислительной системы. Устройство состоит из оптически непрозрачных плат, расположенных в две стопки: платы первой стопки -1, платы второй стопки - 2. На каждой плате каждой стопки расположены по N оптических приемных модулей: оптические приемные модули 3 расположены на платах 1 первой стопки, оптические приемные модули 4 расположены на платах 2 второй стопки. При этом все оптические приемные модули расположены на одной стороне платы, вдоль одного ее края, на равном расстоянии d друг от друга. Окна для приема оптического излучения всех оптических приемных модулей направлены в сторону того края платы, вдоль которого они расположены. На каждой плате каждой стопки расположен один оптический передающий модуль: оптические передающие модули 5 расположены на платах 1 первой стопки, оптические передающие модули 6 расположены на платах 2 второй стопки. Каждый передающий модуль расположен на противоположной по отношению к оптическим приемным модулям стороне платы. Он имеет широкую диаграмму направленности выходного излучения. Направление главной оси диаграммы направленности оптического передающего модуля совпадает с направлением окон для приема излучения приемных оптических модулей, расположенных с ним на одной плате, для модулей обеих стопок (оно показано пунктирными линиями 7 на фиг.1). Приблизительная граница пространственной зоны, в которой оптический передающий модуль создает уровень излучения, достаточный для приема оптическим приемным модулем, показана на фиг.1 пунктирными линиями 8. Ориентации в пространстве всех плат одной стопки идентичны друг другу, расстояние между плоскостями соседних плат в каждой стопке одинаково и равно d, при этом оптические передающие модули всех плат стопки расположены на одной прямой, перпендикулярной поверхностям плат стопки. Относительно друг друга две стопки расположены так, что поверхности плат одной стопки перпендикулярны поверхностям плат другой стопки, и при этом в проекции на плоскость, перпендикулярную поверхностям плат обеих стопок, проекции поверхностей плат образуют квадратную сетку, длина стороны каждой ячейки которой равна d, в каждой ячейке сетки находится по одному оптическому приемному модулю 3 и по одному оптическому приемному модулю 4, в каждом горизонтальном ряду ячеек сетки расположен один оптический передающий модуль 5, а в каждом вертикальном ряду ячеек сетки расположен один оптический передающий модуль 6 (см. фиг.2) (понятия "вертикальный" и "горизонтальный" здесь условные, не относящиеся к земным горизонталям и вертикалям).

Кроме оптических приемных и оптического передающего модуля, на каждой плате размещены электронные узлы подсистемы, реализующие обработку сигналов, принимаемых оптическими приемными модулями данной платы для выделения из них информации и передачи ее соответствующей вычислительной подсистеме, и электронные узлы, предназначенные для преобразования информации от этой подсистемы в электрический сигнал и передачи его оптическому передающему модулю (все эти узлы на чертежах не показаны). Сама подсистема может располагаться на той же плате, что и оптические модули, а может располагаться в другом месте и быть связанной с данной платой какой-либо линией связи.

Устройство работает следующим образом: когда подсистеме, плата с оптическими модулями которой расположена, например, в стопке 1, в процессе обработки информации необходимо передать информацию подсистеме или нескольким подсистемам, у которых платы с оптическими модулями расположены на платах стопки 2, она передает эту информацию соответствующим электронным узлам своей платы, которые, в свою очередь, преобразуют ее в электрический сигнал и передают эту информацию оптическому передающему модулю 5 этой платы. Он преобразует эту информацию в оптический сигнал, излучаемый в пространство. Распространяясь в пространстве, оптический сигнал доходит до оптических приемных модулей 4, расположенных на платах стопки 2, и преобразуется ими в электрический сигнал, который передается соответствующим электронным узлам этих плат. Эти электронные узлы выделяют содержащуюся в полученном сигнале информацию, и если она предназначена для их подсистемы, то эта информация передается в подсистему. В противном случае она игнорируется. Аналогичным образом подсистемы, у которых оптические модули расположены на платах стопки 2, передают информацию подсистемам, у которых оптические модули расположены на платах стопки 1.

Если же одной подсистеме в процессе обработки информации необходимо передать информацию другой подсистеме, такой что платы с оптическими модулями данных подсистем находятся в одной стопке, то подсистема - источник информации передает эту информацию описанным выше способом на плату оптических модулей в другой стопке, включая в передаваемое сообщение указание передать это сообщение нужной подсистеме.

В заявляемом устройстве возможность параллельной работы всех оптических передающих модулей 5, расположенных на платах стопки 1, обеспечивается тем, что оптический сигнал от каждого из них распространяется только в пространстве между платой, на которой установлен этот оптический модуль, и соседней с ней платой в стопке 1, поэтому этот оптический сигнал достигает только одного оптического приемного модуля 4 на каждой из плат стопки 2. Сигналы от других оптических передающих модулей 5 стопки 1 не могут достичь этого приемного модуля стопки 2, так как этот приемный модуль оказывается загороженным от них поверхностями плат стопки 1. Поэтому каждого приемного модуля стопки 2 может достичь оптический сигнал только от одного оптического передающего модуля из стопки 1, и сложения оптических сигналов в месте расположения оптического приемного модуля не происходит. То же самое верно и для оптических сигналов, распространяющихся от оптических передающих модулей стопки 2 к оптическим приемным модулям стопки 1. Здесь оптический сигнал от любого оптического передающего модуля 6 может достичь только одного оптического приемного модуля 3 на каждой плате стопки 1. Сигналы от оптических передающих модулей какой-либо стопки не могут приниматься оптическими приемными модулями той же стопки, так как окна для приема оптического излучения оптических приемных модулей той же стопки оказываются направленными в противоположном направлении по отношению к излучению оптических передающих модулей той же стопки. Все это позволяет всем оптическим передающим модулям устройства работать одновременно и каждый оптический приемный модуль при этом способен принимать оптический сигнал не более чем от одного оптического передающего модуля, без наложения оптических сигналов от других оптических передающих модулей.

Таким образом, по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство обеспечивает возможность без использования техники разделения оптических сигналов по длинам волн вести одновременную передачу информации от многих оптических передающих модулей.

Формула изобретения

Устройство оптического соединения для многопроцессорной вычислительной системы, содержащее оптические приемные и передающие модули, отличающееся тем, что оно состоит из нескольких оптически непрозрачных плат, расположенных в две стопки, при этом на каждой плате по одному ее краю расположены по N оптических приемных модулей, на равном расстоянии друг от друга, с окнами приема оптического излучения, направленными в сторону края платы, вдоль которого они расположены, а на противоположной по отношению к оптическим приемным модулям стороне платы размещен оптический передающий модуль, причем поверхности плат одной стопки перпендикулярны поверхностям плат другой стопки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2