光学耦合多节点计算系统的制作方法

1.本公开涉及一种光学耦合多节点计算系统。


背景技术：

2.光学信号已经被用于远距离和较短距离(包括在数据中心内和在个体光学设备内)传输数据。设备内的光学网络的示例是片上光学网络(optical network on a chip，onoc)。还有用于连接系统节点的各种光学网络拓扑。


技术实现要素：

3.在总体方面，一种装置包括：集成电路，其包括耦合到光学网络的多个节点，每个节点包括：光学发送器接口，该光学发送器接口被配置为在沿着光学网络的耦合光学路径的位置处发送光学信号；以及光学接收器接口，该光学接收器接口被配置为在沿着该光学网络的耦合光学路径的位置处接收光学信号。该装置包括：该光学网络的第一光学路径，该第一光学路径包括在该集成电路的至少一层中制造并被配置为围绕闭合路径传播引导模式的至少一部分；以及该光学网络的第二光学路径，该第二光学路径包括在该集成电路的至少一层中制造并被配置为围绕闭合路径传播引导模式的至少一部分。第一光学路径和第二光学路径在该集成电路上的第一组四个位置处彼此重叠。该第一光学路径在该集成电路上的不同于第一组位置中的所有位置的第二组相应位置处耦合到该多个节点中的两个或更多个节点。该第二光学路径在该集成电路上的不同于第一组位置和第二组位置中的所有位置的第三组相应位置处耦合到该多个节点中的两个或更多个节点。
4.实施方式可以包括以下一个或多个特征。第一光学路径可以包括彼此平行的至少第一直段和第二直段，其中多个节点中的至少一个沿着第一直段耦合在该第二组中的两个或更多个位置处，并且该多个节点中的至少一个沿着第二直段耦合在该第二组中的两个或更多个位置处。
5.第一光学路径和第二光学路径可以在该第一组四个位置处彼此重叠，而无需在该第一组中的四个位置中的任何位置处在第一光学路径和第二光学路径之间切换光学信号。
6.在该第一组中的四个位置中的至少一个位置处，该集成电路的第一层中的第一光学路径的一部分可以与该集成电路的第二层中的第二光学路径的一部分重叠。
7.在该集成电路上的至少一个位置处，第二光学路径的一部分可以在该集成电路的第一层中。
8.该多个节点中的至少一个节点可以在第二组位置中的一个或多个位置处耦合到第一光学路径，并且在第三组位置中的一个或多个位置处耦合到第二光学路径。
9.第一光学路径和第二光学路径可以彼此重叠，其中至少一个开关被配置为在该第一组中的四个位置的至少一个位置处在第一光学路径和第二光学路径之间切换光学信号。
10.第一光学路径和第二光学路径可以被制造在集成电路的同一层中。
11.该开关可以包括至少两个波导环形谐振器，它们靠近在其处该第一光学路径和第
二光学路径彼此重叠的该第一组中的该四个位置之一。
12.该装置还可以包括：该光学网络的第三光学路径，该第三光学路径包括在该集成电路的至少一层中制造并被配置为围绕闭合路径传播引导模式的至少一部分；以及该光学网络的第四光学路径，该第四光学路径包括在该集成电路的至少一层中制造并被配置为围绕闭合路径传播引导模式的至少一部分。第三光学路径和第四光学路径可以在该集成电路上的第四组四个位置处彼此重叠。该第三光学路径在该集成电路上的不同于第一组位置、第二组位置、第三组位置和第四组位置中的所有位置的第五组相应位置处耦合到该多个节点中的两个或更多个节点。该第四光学路径在该集成电路上的不同于第一组位置、第二组位置、第三组位置、第四组位置和第五组位置中的所有位置的第六组相应位置处耦合到多个节点中的两个或更多个节点。
13.该集成电路可以是第一集成电路，并且该装置可以包括第二集成电路，该第二集成电路包括耦合到光学网络的多个节点。
14.光学网络的第一光学路径可以包括在第二集成电路的至少一层中制造的至少一部分。
15.该装置可以包括第三集成电路，该第三集成电路包括耦合到光学网络的多个节点。
16.光学网络的第二光学路径可以包括在第三集成电路的至少一层中制造的至少一部分。
17.耦合到第一光学路径的多个节点中的至少一个节点可以被配置为使用第一光学波长发送光学信号，并且耦合到第一光学路径的多个节点中的至少一个节点可以被配置为使用不同于第一光学波长的第二光学波长发送光学信号。
18.该装置可以包括控制器，该控制器被配置为调度该节点之间的光学信号的传输，其中，该控制器可以被配置为在第一时间段期间将第一节点设置为发送器，并且阻止其他节点在该第一时间段期间在耦合到该第一节点的光学路径上发送信号。
19.至少一些该节点中的每一个可以包括中央处理单元、图形处理器单元、张量处理单元、数字信号处理器或矩阵处理器中的至少一个。
20.在另一总体方面，一种装置包括：耦合到光学网络的多个节点，每个节点包括：光学发送器接口，该光学发送器接口被配置为在沿着光学网络的耦合光学路径的位置处发送光学信号；以及光学接收器接口，该光学接收器接口被配置为在沿着该光学网络的耦合光学路径的位置处接收光学信号。该装置包括：光学网络的第一光学路径，该第一光学路径被配置为围绕闭合路径传播引导模式；以及光学网络的第二光学路径，该第二光学路径被配置为围绕闭合路径传播引导模式。第一光学路径和第二光学路径可以在第一组四个位置处彼此重叠，该第一光学路径可以在不同于第一组位置中的位置的第二组相应位置处耦合到该节点中的两个或更多个节点，并且该第二光学路径可以在不同于第一组位置和第二组位置中的所有位置的第三组相应位置处耦合到该节点中两个或更多个节点。
21.第一光学路径和第二光学路径可以在该第一组四个位置处彼此重叠，而无需在该第一组中的四个位置中的任何位置处在第一光学路径和第二光学路径之间切换光学信号。
22.第一光学路径和第二光学路径可以彼此重叠，其中至少一个开关被配置为在该第一组中的四个位置的至少一个位置处在第一光学路径和第二光学路径之间切换光学信号。
23.节点、第一光学路径和第二光学路径可以被设置在单个基板上。
24.至少一些该节点中的每一个可以包括集成电路。
25.该装置可以包括集成电路，其中，该节点是集成电路的一部分。
26.第一光学路径和第二光学路径可以包括在单个基板上形成的平面波导。
27.该节点的第一子组、该第一光学路径的第一部分和该第二光学路径的第一部分可以被设置在第一基板上。该节点的第二子组、该第一光学路径的第二部分和该第二光学路径的第二部分可以被设置在第二基板上。
28.该第一光学路径的至少一部分可以包括在基板上形成的平面波导。
29.该第二光学路径的至少一部分可以包括在基板上形成的平面波导。
30.在另一总体方面，一种装置包括：节点的阵列；以及包括第一光学路径和第二光学路径的光学网络。该第一光学路径被配置为围绕第一闭合路径传播引导模式，并且该第一光学路径光学耦合到该阵列中的多个节点。该第二光学路径被配置为围绕第二闭合路径传播引导模式，并且该第二光学路径光学耦合到该阵列中的多个节点。该光学网络被配置为使得在第一光学路径和第二光学路径之间不提供开关，使得在第一光学路径中行进的光学信号保持在第一光学路径中而不被切换到第二光学路径，并且在第二光学路径中行进的光学信号保持在第二光学路径中而不被切换到第一光学路径。该装置包括控制器，该控制器被配置为调度通过该光学网络在该节点之间的光学信号的传输。
31.实施方式可以包括以下一个或多个特征。该第一光学路径可以光学耦合到阵列中的所有节点，该第二光学路径光学耦合到阵列中的所有节点。
32.该控制器可以被配置为在第一时间段期间将第一节点设置为发送器，该第一节点可以被配置为在该第一时间段期间在该第一光学路径上发送光学信号，并且该控制器可以被配置为在该第一时间段期间阻止其他节点在该第一光学路径上发送信号。
33.该控制器可以被配置为在该第一时间段期间将第二节点设置为发送器，该第二节点可以被配置为在该第一时间段期间在该第二光学路径上发送光学信号，并且该控制器可以被配置为在该第一时间段期间阻止其他节点在该第二光学路径上发送信号。
34.该节点的阵列可以包括节点行和节点列。该第一光学路径可以包括在行方向上延伸并且光学耦合到该多个节点的一个或多个波导区段，并且第二光学路径可以包括在列方向上延伸并且光学耦合到该多个节点的一个或多个波导区段。
35.该第一光学路径可以包括波导区段，该波导区段位于第n行和第(n 1)行节点之间，并且可以光学耦合到第n行和第(n 1)行中的所有节点，并且n是等于或大于1的整数。
36.该第二光学路径可以包括波导区段，该波导区段位于第m列和第(m 1)列节点之间，并且可以光学耦合到第m列和第(m 1)列中的所有节点，并且m是等于或大于1的整数。
37.至少一些该节点中的每一个可以包括中央处理单元、图形处理器单元、张量处理单元、数字信号处理器或矩阵处理器中的至少一个。
38.在另一总体方面，一种装置包括：多个节点；以及包括第一光学路径和第二光学路径的光学网络。该第一光学路径被配置为围绕第一闭合路径传播引导模式，并且该第一光学路径光学耦合到阵列中的多个节点。该第二光学路径被配置为围绕第二闭合路径传播引导模式，并且该第二光学路径光学耦合到该阵列中的多个节点。第一光学路径和第二光学路径在第一组至少两个位置处彼此重叠，该第一光学路径在不同于第一组位置中的位置的
第二组相应位置处耦合到该节点中的两个或更多个节点，并且该第二光学路径在不同于第一组位置和第二组位置中的所有位置的第三组相应位置处耦合到该节点中的两个或更多个节点。
39.实施方式可以包括以下一个或多个特征。该装置可以包括控制器，该控制器被配置为调度通过该光学网络在该节点之间的光学信号的传输。该控制器可以被配置为在第一时间段期间将第一节点设置为发送器，并且将第一开关设置为处于传递(pass)状态或切换状态。该第一节点可以被配置为在该第一时间段期间通过该第一光学路径经由该第一开关发送光学信号，并且该控制器可以被配置为在该第一时间段期间阻止其他节点在该第一光学路径上发送信号。
40.该第一节点可以被配置为在第一方向上围绕该第一光学路径发送处于第一波长的光学信号，并且耦合到光学网络的至少一个节点可以被配置为耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率，以阻止与由该第一节点发送的处于该第一波长的光学信号发生干扰。
41.第一节点可以包括光学发送器接口和光学接收器接口。光学发送器接口可以被配置为沿着第一闭合路径的一部分发送处于第一波长的第一光学信号，并且沿着该第一闭合路径的一部分发送处于第二波长的第二光学信号。光学接收器接口可以被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于第三波长的光学信号。
42.第二节点可以包括光学发送器接口和光学接收器接口。光学发送器接口可以被配置为沿着该第一闭合路径的一部分发送处于该第三波长的光学信号，并且被配置为沿着该第一闭合路径的一部分发送处于该第二波长的光学信号。光学接收器接口可以被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于该第一波长的光学信号。
43.第三节点可以包括光学发送器接口和光学接收器接口。光学发送器接口可以被配置为将处于该第一波长的光学信号发送到该第一闭合路径上，并且被配置为将处于该第三波长的光学信号发送到该第一闭合路径上。光学接收器接口可以被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于该第二波长的光学信号。
44.该多个节点可以包括耦合到该第一闭合路径的至少第一节点、第二节点和第三节点。该多个节点可以被配置为使用包括至少第一波长、第二波长和第三波长的多个波长在第一光学网络上进行通信。
45.第一节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为将处于该第一波长的第一光学信号发送到该第一闭合路径上；光学接收器接口，其被配置为从该第一闭合路径同时检测处于第二波长的第二光学信号和处于第三波长的第三光学信号；以及解调电路，其耦合到该第一节点的光学接收器接口。解调电路可以被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到该第二光学信号和该第三光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
46.第二节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为将该第二光学信号发送到该第一闭合路径上；光学接收器接口，其被配置为从该第一闭合路径同时检测处于不同于该第二波长的各个波长的多个光学信号；以及解调电路，其耦合到该第二节点的光学接收器接口。解调电路可以被配置为对于多个时隙，确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到由该第二节点的光学接收器接口检测出的多个光学信号中的每一个上的二进制符号
之间的映射。
47.在另一总体方面，一种装置包括：节点的阵列；以及包括第一光学环路和第二光学环路的光学网络，其中该第一光学环路光学耦合到该阵列中的所有节点，并且该第二光学环路光学耦合到该阵列中的所有节点。该装置包括控制器，该控制器被配置为调度通过该光学网络在该节点之间的光学信号的传输。该控制器被配置为在第一时间段期间仅允许一个节点通过该第一光学环路广播光学信号，在该第一时间段期间阻止其他节点在该第一光学环路上发送光学信号，在第二时间段期间仅允许一个节点通过该第二光学环路广播光学信号，并且在该第二时间段期间阻止其他节点在该第二光学环路上发送光学信号。
48.该控制器可以被配置为在第三时间段期间调度第一节点和第二节点通过该第一光学环路彼此通信，在该第三时间段期间调度第三节点和第四节点通过该第二光学环路彼此通信，并且在该第三时间段期间阻止其他节点在该第一光学环路和该第二光学环路上发送光学信号。
49.例如，在该第一和第二光学环路之间不提供开关，使得在该第一光学环路中行进的光学信号保持在第一光学环路中而不被切换到第二光学环路，并且在该第二光学环路中行进的光学信号保持在第二光学环路中而不被切换到第一光学环路；并且光学信号通过该光学网络在节点之间传输。
50.每个节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为在沿着第一光学环路或第二光学环路的第一位置处发送光学信号；以及光学接收器接口，其被配置为在沿着第一光学环路或第二光学环路的第二位置处接收光学信号。第一光学环路和第二光学环路可以在第一组四个位置处彼此重叠，该第一光学环路可以在不同于第一组位置中的所有位置的第二组相应位置处耦合到该节点中的两个或更多个节点，并且该第二光学环路可以在不同于第一组位置和第二组位置中的所有位置的第三组相应位置处耦合到该多个节点中的两个或更多个节点。
51.至少一些该节点中的每一个可以包括中央处理单元、图形处理器单元、张量处理单元、数字信号处理器或矩阵处理器中的至少一个。
52.在另一总体方面，一种装置包括：四行和四列节点的阵列、第一光学环路和第二光学环路。该第一光学环路包括位于第一行和第二行之间的第一光学路径区段，以及位于第三行和第四行之间的第二光学路径区段。该第二光学环路包括位于第一列和第二列之间的第三光学路径区段，以及位于第三列和第四列之间的第四光学路径区段。第一行和第二行中的每个节点光学耦合到该第一光学路径区段，第三行和第四行中的每个节点光学耦合到该第二光学路径区段，第一列和第二列中的每个节点光学耦合到该第三光学路径区段，并且第三列和第四列中的每个节点光学耦合到该第四光学路径区段。
53.在另一总体方面，一种方法包括：通过光学网络从第一节点向第二节点发送光学信号。每个节点包括：光学发送器接口，该光学发送器接口被配置为在沿着光学网络的耦合光学路径的位置处发送光学信号；以及光学接收器接口，该光学接收器接口被配置为在沿着该光学网络的耦合光学路径的位置处接收光学信号。该方法包括：围绕该光学网络的第一光学路径的闭合路径传播引导模式；以及围绕该光学网络的第二光学路径的闭合路径传播引导模式。第一光学路径和第二光学路径在第一组四个位置处彼此重叠，该第一光学路径在不同于第一组位置中的位置的第二组相应位置处耦合到该节点中的两个或更多个节
点，并且该第二光学路径在不同于第一组位置和第二组位置中的所有位置的第三组相应位置处耦合到该节点中的两个或更多个节点。
54.在另一总体方面，一种装置包括：包括耦合到光学网络的一个或多个节点的集成电路，以及该光学网络的第一光学路径。该一个或多个节点的第一节点包括：光学发送器接口，该光学发送器接口被配置为在沿着光学网络的耦合光学路径的第一位置处发送光学信号；以及光学接收器接口，该光学接收器接口被配置为在沿着该光学网络的耦合光学路径的第二位置处接收光学信号。该光学网络的第一光学路径包括在集成电路的至少一层中制造并且被配置为围绕闭合路径传播引导模式的至少一部分。该第一节点中的光学发送器接口被配置为在第一方向上围绕该第一光学路径发送处于第一波长的光学信号。耦合到该光学网络的至少一个节点被配置为耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率，以阻止与由该第一节点的光学发送器接口发送的处于第一波长的光学信号发生干扰。
55.实施方式可以包括以下一个或多个特征。耦合到光学网络的被配置为耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率的节点可以包括第一节点。
56.该第一节点中的光学发送器接口可以包括光源，其通过光学结构耦合到该第一光学路径，该光学结构从光源向第一位置发送处于第一波长的光学信号。
57.该第一节点的光学发送器接口可以包括光学功率终接结构，该光学功率终接结构通过该光学结构在该第一位置处接收从该第一光学路径耦合的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率。
58.该光学结构可以包括至少两个环形谐振器，其中光学信号处于第一波长，并且剩余的光学功率沿相反方向围绕每个环形谐振器传播。
59.光学接收器接口可以包括光学分路器，该光学分路器被配置为将传播通过所述第二位置的光学功率的一部分耦合到一个或多个检测器。
60.该一个或多个检测器包括多个检测器，并且该光学接收器接口包括光学结构，其被配置为将处于不同波长的光学功率耦合到该多个检测器的不同相应检测器。
61.耦合到光学网络的被配置为耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率的节点可以包括该集成电路上的一个或多个节点的第二节点。
62.该第二节点可以包括：光学发送器接口，该接口被配置为在沿着光学网络的耦合光学路径的第三位置处发送光学信号；以及光学接收器接口，该接口被配置为在沿着该光学网络的耦合光学路径的第四位置处接收光学信号。
63.该第二节点中的光学接收器接口可以被配置为耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率。
64.耦合到光学网络的被配置为耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率的节点可以包括该集成电路外部的节点。
65.在另一总体方面，一种装置包括：耦合到光学网络的多个节点，以及该光学网络的第一光学路径，该第一光学路径被配置为围绕闭合路径传播引导模式。该多个节点的第一节点包括：光学发送器接口，该接口被配置为在沿着光学网络的耦合光学路径的第一位置处发送光学信号；以及光学接收器接口，该接口被配置为在沿着该光学网络的耦合光学路径的第二位置处接收光学信号。该第一节点中的光学发送器接口被配置为在第一方向上围
绕该第一光学路径发送处于第一波长的光学信号。耦合到该光学网络的至少一个节点被配置为耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率，以阻止与由该第一节点的光学发送器接口发送的处于第一波长的光学信号发生干扰。
66.实施方式可以包括以下一个或多个特征。该节点和第一光学路径可以被设置在单个基板上。
67.至少一些该节点中的每一个可以包括集成电路。
68.该装置可以包括集成电路，其中，该节点是集成电路的一部分。
69.该第一光学路径可以包括在单个基板上形成的平面波导。
70.该节点的第一子组和该第一光学路径的第一部分可以被设置在第一基板上，并且该节点的第二子组和该第一光学路径的第二部分可以被设置在第二基板上。
71.在另一总体方面，一种方法包括：通过光学网络从第一节点向第二节点发送处于第一波长的光学信号，该光学网络包括被配置为围绕闭合路径传播引导模式的第一光学路径。该第一节点被配置为在第一方向上围绕该第一光学路径发送该光学信号。耦合到该光学网络的至少一个节点耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率，以阻止与由该第一节点发送的处于第一波长的光学信号发生干扰。
72.实施方式可以包括以下一个或多个特征。耦合到光学网络的被配置为耦合来自该第一光学路径的处于该第一波长的基本上所有剩余光学功率的该至少一个节点可以包括第一节点。
73.在另一总体方面，一种装置包括：第一光学网络，其被配置为围绕第一闭合路径传播引导模式；以及耦合到该第一闭合路径的至少第一节点、第二节点和第三节点。该第一节点包括：光学发送器接口，其被配置为沿着该第一闭合路径的一部分向该第二节点发送处于第一波长的光学信号，并且被配置为沿着该第一闭合路径的一部分向该第三节点发送处于第二波长的光学信号；以及光学接收器接口，其被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于第三波长的光学信号。该第二节点包括：光学发送器接口，其被配置为沿着该第一闭合路径的一部分向该第一节点发送处于第三波长的光学信号，并且被配置为沿着该第一闭合路径的一部分向该第三节点发送处于该第二波长的光学信号；以及光学接收器接口，其被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于该第一波长的光学信号。该第三节点包括：光学发送器接口，其被配置为将处于该第一波长的光学信号发送到该第一闭合路径上，并且被配置为将处于该第三波长的光学信号发送到该第一闭合路径上；以及光学接收器接口，其被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于该第二波长的光学信号。
74.实施方式可以包括以下一个或多个特征。该装置还可以包括第二光学网络，该第二光学网络被配置为围绕第二闭合路径传播引导模式，其中，该第三节点耦合到该第二闭合路径。
75.该装置还可以包括耦合到该第二闭合路径的第四节点。
76.该装置还可以包括第三光学网络，该第三光学网络被配置为围绕第三闭合路径传播引导模式，其中该第四节点耦合到该第三闭合路径。
77.该装置还可以包括耦合到该第三闭合路径的至少第五节点和第六节点。
78.该第五节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为沿着该第三闭合路径的一部分向该第六节点发送处于第二波长的光学信号，并且被配置为沿着该第三闭合路径的一部
分向该第四节点发送处于该第三波长的光学信号；以及光学接收器接口，其被配置为从沿着该第三闭合路径的位置接收处于该第一波长的光学信号。该第六节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为沿着该第三闭合路径的一部分向该第五节点发送处于第一波长的光学信号，并且被配置为沿着该第三闭合路径的一部分向该第四节点发送处于该第三波长的光学信号；以及光学接收器接口，其被配置为从沿着该第三闭合路径的位置接收处于该第二波长的光学信号。该第四节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为将处于该第二波长的光学信号发送到该第三闭合路径上，并且被配置为将处于该第一波长的光学信号发送到该第三闭合路径上；以及光学接收器接口，其被配置为从沿着该第三闭合路径的位置接收处于该第三波长的光学信号。
79.该第一节点的光学接收器接口还可以被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于该第二波长的光学信号。
80.在另一总体方面，一种装置包括：第一光学网络，其被配置为围绕第一闭合路径传播引导模式；第二光学网络，其被配置为围绕第二闭合路径传播引导模式；开关节点，其耦合到该第一闭合路径和该第二闭合路径；以及多个节点，其被配置为使用第一波长组通过该第一光学网络在该多个节点之间通信，并且使用不同于该第一波长组的第二波长通过该第一光学网络与该开关节点通信。
81.实施方式可以包括以下一个或多个特征。该多个节点可以包括第一节点和第二节点，该第一节点和第二节点耦合到该第一闭合路径而不耦合到该第二闭合路径，该第一节点可以包括光学发送器接口，其被配置为沿着该第一闭合路径的一部分向该第二节点发送处于第一波长的光学信号，该第一节点的光学发送器接口可以被配置为沿着该第一闭合路径的一部分向该开关节点发送处于第二波长的光学信号，并且该第一节点可以包括光学接收器接口，其被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于第三波长的光学信号。
82.该第二节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为沿着该第一闭合路径的一部分向该第一节点发送处于第三波长的光学信号，该第二节点的光学发送器接口可以被配置为沿着该第一闭合路径的一部分向该第三节点发送处于该第二波长的光学信号，并且该第二节点可以包括光学接收器接口，其被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于该第一波长的光学信号。
83.该开关节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为将处于该第一波长的光学信号发送到该第一闭合路径上，该开关节点的光学发送器接口可以被配置为将处于该第三波长的光学信号发送到该第一闭合路径上，并且该开关节点可以包括光学接收器接口，其被配置为从沿着该第一闭合路径的位置接收处于该第二波长的光学信号。
84.在另一总体方面，提供了一种用于在耦合到光学网络的多个节点之间发送光学信号的方法，该光学网络被配置为围绕闭合路径传播引导模式。该方法包括：在该多个节点的子组中的每个节点处，以来自波长组的分配给该节点用于在该子组内的传输的唯一波长从该节点向该子组中的其他节点发送光学信号。该方法包括，在该子组中的每个节点处，以该波长组中除了分配给该节点用于在该子组内的传输的该唯一波长之外的波长从该子组中的其他节点接收光学信号。该方法包括，在该多个节点中不在该节点的子组中的节点处，使用不在该波长组中的波长与该子组中的每个节点通信。
85.在另一总体方面，一种装置包括：第一光学网络，其被配置为围绕第一闭合路径传
播引导模式；以及多个节点，包括耦合到该第一闭合路径的至少第一节点、第二节点和第三节点。该多个节点被配置为使用包括至少第一波长、第二波长和第三波长的多个波长在第一光学网络上进行通信。该第一节点包括：光学发送器接口，其被配置为将处于该第一波长的第一光学信号发送到该第一闭合路径上；光学接收器接口，其被配置为从该第一闭合路径同时检测处于第二波长的第二光学信号和处于第三波长的第三光学信号；以及解调电路，其耦合到该第一节点的光学接收器接口。该解调电路被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到该第二光学信号和该第三光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。该第二节点包括：光学发送器接口，其被配置为将该第二光学信号发送到该第一闭合路径上；光学接收器接口，其被配置为从该第一闭合路径同时检测处于不同于该第二波长的各个波长的多个光学信号；以及解调电路，其耦合到该第二节点的光学接收器接口。该解调电路被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到由该第二节点的光学接收器接口检测出的多个光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
86.实施方式可以包括以下一个或多个特征。该第三节点可以包括：光学发送器接口，其被配置为将该第三光学信号发送到该第一闭合路径上；光学接收器接口，其被配置为从该第一闭合路径同时检测处于不同于该第三波长的各个波长的多个光学信号；以及解调电路，其耦合到该第三节点的光学接收器接口。该解调电路可以被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到由该第三节点的光学接收器接口检测出的多个光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
87.该二进制符号可以对应于非归零(non-return-to-zero，nrz)二进制符号。
88.对于耦合到该第一节点的光学接收器接口的解调电路，在该时隙期间检测出的包括四个幅度水平的多个幅度水平可以包括：第一幅度水平，其对应于该第二光学信号中的近似零功率和该第三光学信号中的近似零功率，第二幅度水平，其对应于该第二光学信号中的第一预定功率量和该第三光学信号中的近似零功率；第三幅度水平，其对应于该第二光学信号中的近似零功率和该第三光学信号中的第二预定功率量；以及第四幅度水平，其对应于第三预定功率量，该第三预定功率量基本上等于该第二光学信号中的第一预定功率量和该第三光学信号中的第二预定功率量之和。
89.该第一节点还可以包括：第二光学接收器接口，其被配置为从该第一闭合路径同时检测处于不同于该第一波长、该第二波长和该第三波长的各个波长的多个光学信号。该第一节点还可以包括第二解调电路，其耦合到该第一节点的第二光学接收器接口，并且被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到由该第一节点的第二光学接收器接口检测出的多个光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
90.该多个节点可以包括2n 1个节点。耦合到该第一节点的光学接收器接口的解调电路可以包括至少n个检测器，每个检测器被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的至少四个幅度水平与调制到至少两个光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
91.该多个节点可以包括2n 1个节点，并且耦合到该第一节点的光学接收器接口的解调电路可以被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的至少2n个幅度水平与调制到至少2n个光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
92.该第一节点可以被配置为耦合来自该第一光学路径的处于第一波长的基本上所
有剩余光学功率，以防止与由该第一节点的光学发送器接口发送的第一光学信号发生干扰。
93.在另一总体方面，一种装置包括：第一光学网络，其被配置为围绕第一闭合路径传播引导模式；以及多个节点，包括耦合到该第一闭合路径的至少第一节点。该多个节点被配置为使用包括至少第一波长、第二波长和第三波长的多个波长在第一光学网络上进行通信。该第一节点包括：光学发送器接口，其被配置为将处于该第一波长的第一光学信号发送到该第一闭合路径上；光学接收器接口，其被配置为从该第一闭合路径同时检测处于第二波长的第二光学信号和处于第三波长的第三光学信号；以及解调电路，其耦合到该第一节点的光学接收器接口。该解调电路被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到该第二光学信号和该第三光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
94.实施方式可以包括以下一个或多个特征。该多个节点可以包括第二节点，该第二节点包括：光学发送器接口，其被配置为将该第二光学信号发送到该第一闭合路径上；光学接收器接口，其被配置为从该第一闭合路径同时检测处于不同于该第二波长的各个波长的多个光学信号；以及解调电路，其耦合到该第二节点的光学接收器接口。该解调电路被配置为对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到由该第二节点的光学接收器接口检测出的多个光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
95.在另一总体方面，一种方法包括，在耦合到被配置为围绕第一闭合路径传播引导模式的第一光学网络的第一节点处，将处于第一波长的第一光学信号发送到该第一闭合路径上；在该第一节点处，从该第一闭合路径同时检测处于第二波长的第二光学信号和处于第三波长的第三光学信号；以及对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到该第二光学信号和该第三光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
96.实施方式可以包括以下一个或多个特征。该方法可以包括：在耦合到该第一光学网络的第二节点处，将第二光学信号发送到该第一闭合路径上；从第一闭合路径同时检测处于不同于第二波长的各个波长的多个光学信号；以及对于多个时隙确定在该时隙期间检测出的多个幅度水平与调制到由该第二节点的光学接收器接口检测出的多个光学信号中的每一个上的二进制符号之间的映射。
97.在附图和下面的描述中阐述了在本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节。本发明的其它特征、方面和优势将从描述、附图和权利要求变得显而易见。
98.除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。在与专利申请或专利申请公开冲突的情况下，则以本说明书(包括定义)为准。
附图说明
99.当结合附图阅读时，从下面的详细描述可以最好地理解本公开。要强调的是，根据通常的实践，附图的各种特征不是按比例绘制的。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或减小。
100.图1a和图1b是光学耦合多节点计算系统的示例的示意图。
101.图2a、图2b、图2c和图2d是示例光学环路布置的示意图。
102.图3a和图3b是多个光子集成电路的示例互连的示意图。
103.图4a和图4b是示例开关的不同状态的示意图。
104.图5a和图5b是示例开关的不同状态的示意图。
105.图6a和图6b是用于节点的示例接收器/发送器模块的不同状态的示意图。
106.图7是光学耦合多节点计算系统的示例的示意图。
107.图8a是示例光学通信接口的示意图。
108.图8b是示例光学接收器接口的示意图。
109.图9a、图9b和图9c是用于同时接收多个波长的值的表。
110.图10是光学耦合多节点计算系统的示例的示意图。
111.图11是光学耦合多节点计算系统的接口部分的示意图。
112.图12是示例机架式光学系统的示意图。
113.图13是示例集群(pod)光学系统的示意图。
114.在各个附图中相同的附图标记和名称表示相同的元件。
具体实施方式
115.图1a示出光学耦合多节点计算系统100a的示例的示意图。系统100a包括16个节点(标记为0至15)(例如，106a、106b、106c、106d，统称为106)，它们耦合到光学网络，该光学网络包括重叠的单向光学环路102和104，该单向光学环路102和104提供用于在不同成对节点106之间发送光学信号的光学信号流。例如，每个光学环路102、104可以实现为形成在集成平台上以围绕闭合路径传播引导模式的光学波导。在该示例中，光学环路102、104的路径在其处重叠的四个位置(例如，108)不包括任何开关元件。因此，如果波导在这些重叠位置处被制造在光子集成电路的不同层中而没有物理相交，则光学信号可以在没有显著损耗的情况下穿过这些重叠位置。可替换地，如果波导确实在重叠位置处彼此相交，则光学信号可以以相对较小的损耗穿过这些重叠位置(例如，每个相交处0.05db-0.1db)。
116.示例性地，其中，光学网络的光学环路102、光学环路104可以分别作为第一光学路径、第二光学路径。所述光学网络的第一光学路径包括在所述集成电路的至少一层中制造并且被配置为围绕闭合路径传播引导模式的至少一部分；以及所述光学网络的第二光学路径包括在所述集成电路的至少一层中制造并且被配置为围绕闭合路径传播引导模式的至少一部分。示例性地，第一光学路径、第二光学路径可以被制造在不同层中，而没有物理相交。可选的，第一光学路径、第二光学路径也可以被制造在同一层中。
117.节点106可以被配置为计算节点，其包括一个或多个处理器，以及其他光学、电子或光电电路，这些电路可以针对每个节点被集成到集成电路中，或者被集成到包括所有16个节点的单个集成电路中。处理器可以包括一个或多个数字中央处理器(或内核)和/或诸如光电矩阵乘法模块的一个或多个光子计算模块，如在例如2019年6月4日提交的美国专利申请16/431,167和2021年3月17日提交的美国专利申请17/204,320(在附录a中提供)中所描述的那样，以上两个申请通过引用并入本文。在该示例中，每个节点通过相对应的一对发送器和接收器模块110耦合到两个光学环路102和104。例如，发送器和接收器模块110可以使用环形谐振器116耦合到光学环路上的位置。在该示例中，每个节点106光学耦合到两个环路102、104，因此光学信号可以在一跳中从一个节点到任何其他节点。这里，术语“跳”通
常指光学信号从一个节点或开关到另一个节点或开关的传输。因此，如果光学信号从节点a直接行进到节点b，那就是一跳。如果光学信号通过开关节点或中间节点c从节点a行进到节点b，那就是两跳。此实施方式的对分带宽为：
[0118][0119]
这里，n表示节点的数量，tx/rx bw表示发送带宽(tx bw)或接收带宽(rx bw)(通常tx bw＝rx bw)，并且#波长表示用于在节点106之间发送信号的波长的数量。对分带宽一般是指系统100a中任意两个节点106之间的最大带宽。对于系统100a中的任意两个节点，这两个节点之间的最大带宽将至少是该对分带宽。对于某一对节点，这一对的两个节点之间的最大带宽可能会大于该对分带宽。对分带宽是系统中传输瓶颈的度量，因此一般优选较大的对分带宽。
[0120]
在一些实施方式中，每个节点使用指定的波长发送光学信号，并且不同的节点使用不同的波长发送光学信号。例如，节点0使用波长wl0发送光学信号，节点1使用波长wl1发送光学信号，
……
，节点15使用波长wl15发送光学信号。当节点1至15接收到波长为wl0的光学信号时，节点1至15知道光学信号是从节点0发送的。类似地，当节点0和2至15接收到波长为wl1的光学信号时，节点0和2至15知道光学信号是从节点1发送的。每个节点在接收到光学信号时可以决定是进一步处理光学信号还是忽略它。在该示例中，每个节点向其他节点广播光学信号，并且由其他节点确定如何处理接收到的信号。
[0121]
因为有两个光学环路102和104，所以每个节点有可能在同一时隙期间在光学环路102上发送第一光学信号，并在光学环路104上发送第二光学信号。与仅具有一个光学环路相比，具有两个光学环路102和104增加了节点之间的通信带宽。
[0122]
在一些实施方式中，节点用于光学信号传输的波长的数量小于节点数量。两个或更多个节点在发送光学信号时共享相同波长。系统100a包括控制器，该控制器用于调度在同一环路上共享相同波长的节点之间的光学信号传输。例如，假设节点0至3使用波长wl0发送光学信号，节点4至7使用波长wl1发送光学信号，节点8至11使用波长wl2发送光学信号，并且节点12至15使用波长wl3发送光学信号。该控制器可以调度在不同时间通过光学环路由共享一个波长的不同节点进行的数据传输。例如，该控制器可以配置节点0至3中的一个在时隙0中在环路中发送波长为wl0的光学信号，配置节点4至7中的一个在时隙0中在环路中发送波长为wl1的光学信号，配置节点9至11中的一个在时隙0中在环路中发送波长为wl2的光学信号，以及配置节点12至15中的一个在时隙0中在环路中发送波长为wl3的光学信号。
[0123]
因为有两个光学环路102和104，所以每个节点有可能在同一时隙期间在光学环路102上发送第一光学信号，并在光学环路104上发送第二光学信号。在第一和第二节点共享同一传输波长的同一时隙期间，第一节点在光学环路102上发送第一光学信号，第二节点在光学环路104上发送第二光学信号也是可能的。
[0124]
在一些实施方式中，多个节点共享同一传输波长，并且系统100a包括用于调度节点106之间的光学信号传输的控制器。该控制器还通知信号的预期接收方，以便接收器节点知道它们应该期望在特定时隙接收信号。例如，该控制器可以调度在不同时间通过光学环路在不同成对节点之间进行的数据传输。该控制器可以在第一时间段t1期间将第一节点(例如，节点1)配置为光学环路上的发送器，将第二节点(例如，节点10)配置为该光学环路
上的接收器，并且在该第一时间段t1期间阻止其它节点在同一光学环路上发送光学信号。该控制器可以在第二时间段t2期间将第三节点(例如，节点3)配置为光学环路上的发送器，将第二节点(例如，节点0)配置为该光学环路上的接收器，并且在该第二时间段t1期间阻止其他节点在同一光学环路上发送光学信号，以此类推。因为有两个光学环路102和104，所以有可能在同一时间段期间使第一节点在光学环路102上向第二节点发送第一光学信号，并且使第三节点在光学环路104上向第四节点发送第二光学信号。与仅具有一个光学环路相比，具有两个光学环路102和104增加了节点之间的通信带宽。
[0125]
系统100a包括四行和四列节点的阵列。光学环路102包括在第一列节点和第二列节点之间延伸并光学耦合到第一列和第二列中的每个节点的第一波导部分。光学环路102包括在第三列节点和第四列节点之间延伸并光学耦合到第三列和第四列中的每个节点的第二波导部分。因此，光学环路102光学耦合到该节点的阵列中的每个节点。光学环路104包括在第一行节点和第二行节点之间延伸并光学耦合到第一行和第二行中的每个节点的第一波导部分。光学环路104包括在第三行节点和第四行节点之间延伸并光学耦合到第三行和第四行中的每个节点的第二波导部分。
[0126]
图1b示出光学耦合多节点计算系统100b的示例的示意图。系统100b包括16个节点(标记为0至15)(例如，118a、118b、118c、118d，统称为118)，它们耦合到光学网络，该光学网络包括重叠的单向光学环路112和114，该单向光学环路102和104提供用于在不同成对节点118之间发送光学信号的光学信号流。在该示例中，重叠位置包括开关120a、120b、120c、120d(统称为120)，其被配置为在两个光学环路112和114之间传递光学信号流。因此，在该示例中，每个节点118仅耦合到光学环路112或114中的一个，并且如果光学信号没有通过开关120，则光学信号可以在单跳中从一个节点到任何另一节点，或者如果光学信号沿着该路径穿过开关120，则在两跳中从一个节点到任何另一节点。而且，光学环路112和114之间的光学串扰可以通过开关的存在而减小。此实施方式的对分带宽也为：
[0127][0128]
在一些实施方式中，系统100b包括控制器，该控制器用于调度节点118之间的光学信号传输，并且配置开关120以使光学信号能够从发送器被发送到接收器。例如，为了使节点1能够向节点4发送光学信号，控制器将开关120b、120d和120c配置为处于传递状态(参见图4a和5a)，使得光学信号可以在光学环路114上从节点1穿过到开关120b、从开关120b穿过到开关120d、从开关120d穿过到开关120c，并且从开关120c穿过到节点4。为了使节点1能够向节点5发送光学信号，控制器将开关120b和120d配置为处于传递状态，并且将开关120c配置为处于切换状态(参见图4b和5b)，使得光学信号可以在光学环路114上从节点1穿过到开关120b、从开关120b穿过到开关120d、从开关120d穿过到开关120c，并且在光学环路112上从开关120c穿过到节点5。可替换地，该控制器可以将开关120b配置为处于切换状态，并且将开关120d和120c配置为处于传递状态，使得光学信号可以在光学环路114上从节点1穿过到开关120b，从开关120b穿过到开关120d，从开关120d穿过到开关120c，以及在光学环路112上从开关120c穿过到节点5。
[0129]
在一些实施方式中，该控制器可以评估开关的配置，以确定在时间段期间是否只有一对节点可以彼此通信，或者在该时间段期间是否有两对节点可以彼此通信。如果在第一时间段期间，开关被配置为使得光学环路112、114形成单个光学路径，则在该第一时间段
期间，只有两个节点可以在该光学路径上彼此通信。如果在第二时间段期间，开关被配置为使得光学环路112、114形成两个分开的光学路径，则在该第二时间段期间，第一节点和第二节点可以彼此通信，并且第三节点和第四节点可以彼此通信。
[0130]
在一些实施方式中，每个开关120切换光学信号以允许光学信号或者继续在同一光学环路上行进，或者切换到不同的光学环路，而不进一步处理该光学信号。在一些实施方式中，例如在其中光学信号可以穿过大量开关从而导致很大的信号衰减的更大的光学网络中，一个或多个开关可以提供光学放大以提高信号水平。在一些实施方式中，一个或多个开关可以将接收到的光学信号转换为电信号，使用电子电路处理该电信号，将该电信号转换回光学信号，并且向下一目的地发送该光学信号。
[0131]
可以实现这种光学耦合多节点计算系统的其他示例。例如，在某些实施方式中，可以有包含开关的重叠位置的子组。而且，垂直(例如，在y方向)和水平(例如，在x方向)定向的多个光学环路可以组合，使得任意两个光学环路在四个位置上彼此重叠。图2a示出具有四个光学环路的布置200a的示例，其中，所述四个光学环路分别为第一至第四光学路径，该四个光学环路包括具有在x方向上延伸的长直区段的两个水平环路130和具有在y方向上延伸的长直区段的两个垂直环路132。图2b示出具有四个光学环路的另一布置200b的示例，该四个光学环路包括两个水平环路140和两个垂直环路142，其中在两个环路重叠的每个位置处提供开关144。
[0132]
图2c示出了具有六个光学环路的单向环路光学网络200c的示例，该六个光学环路包括具有在x方向上延伸的长直区段的两个水平环路130，具有在y方向上延伸的长直区段的两个垂直环路132，以及两个对角线环路134、136。对角线环路134允许节点的阵列的右上象限中的节点与左下象限中的节点通信。对角线环路136允许节点的阵列的左上象限中的节点与右下象限中的节点通信。
[0133]
图2d示出了具有右光学环路的单向环路光学网络200d的示例，其包括具有在x方向上延伸的长直区段的两个水平环路130、具有在y方向上延伸的长直区段的两个垂直环路132，以及四个对角线环路136。对角线环路134允许节点的阵列的右上象限中的节点与左下象限中的节点通信。对角线环路136允许节点的阵列的左上象限中的节点与右下象限中的节点通信。与单向环路光学网络200c相比，单向环路光学网络200d在对角线方向上具有更高的传输带宽。
[0134]
另外，如果存在制造在不同光子集成电路(photonic integrated circuit，pic)上的相邻节点的子组，则pic可以互连以通过由光纤或光纤束互连光学环路的部分来提供闭合路径，例如如图3a中的布置300a所示，该布置300a包括四个pic，其中，左上光子集成电路顺时针至左下光子集成电路，顺时针分别为第一集成电路至第四集成电路，各集成电路可包括耦合到所述光学网络的多个节点。其中部分环路波导150的相应端部通过光纤152的段互连。这种技术可以被用于对系统进行按比例放大。
[0135]
图3b示出了单向环路光学网络300b的示例，该单向环路光学网络300b包括由在x和y方向上延伸的光纤152的段互连的部分环路波导150。单向环路光学网络300b还包括由沿对角线延伸的光纤156的段互连的部分环路波导154。对角线部分环路波导154和光纤156的段允许右上光子集成电路(第二集成电路)中的节点与左下光子集成电路(第四集成电路)中的节点通信，并且允许左上光子集成电路(第一集成电路)中的节点与右下光子集成
电路(第三集成电路)中的节点通信。
[0136]
示例性地，所述光学网络的所述第一光学路径包括在所述第二集成电路的至少一层中制造的至少一部分。所述光学网络的所述第二光学路径包括在所述第三集成电路的至少一层中制造的至少一部分。在重叠位置可以使用各种类型的开关。在一些实施方式中，使用两个环形谐振器162、164形成开关160。开关160具有图4a中所示的传递状态和图4b中所示的切换状态。在传递状态下，在波导166上行进的光学信号170在波导166上继续，并且在波导168上行进的光学信号172在波导168上继续。在切换状态下，在波导166上行进的光学信号174被切换到波导168，并且在波导168上行进的光学信号176被切换到波导166。例如，当具有图4a、4b所示的传递和切换状态的开关被用于图2b的光学环路布置中，并且开关处于切换状态时，光学信号将从水平环路切换到垂直环路，或者从垂直环路切换到水平环路。鉴于环形谐振器的窄带宽，这种类型的开关可以用于一次切换单个波长。环形谐振器可以被调谐，或者可以针对每个波长预先配置单独的一对环。
[0137]
在一些实施方式中，使用马赫-曾德尔干涉仪(mach-zehnder interferometer，mzi)形成开关。该开关具有图5a中所示的传递状态和图5b中所示的切换状态。鉴于mzi的宽带宽，这种类型的开关可以用于同时切换多个波长(例如，所有波长)。
[0138]
图6a和6b示出包括光学接收器接口(rx)180和光学发送器接口(tx)182两者的接收器/发送器模块110的不同状态。在图6a的状态中，光学接收器接口rx 180被配置为将接收到的光学信号188中的基本上所有光学功率耦合到光电检测器(pd)184，并且光学发送器接口tx 182被配置为调制来自光源186的光以提供已经用数据调制的光学信号186。虚线示出其中基本上没有光学功率传播的相应波导的状态。在图6b的状态下，光学接收器接口rx 180被配置为让输入光学信号190通过而不被耦合和检测，并且光学发送器接口tx 182被配置为阻止任何光学信号被发送到耦合的光学路径上。测量光电二极管(measurement photodiode,mpd)192、194可以用于确认用于耦合发送的/接收的光学信号的环形谐振器的调谐。在图6a的状态下，测量光电二极管192应该测量低信号，并且测量光电二极管194应该测量到低信号，在图6b的状态下，测量光电二极管192应该空闲并且不测量到任何信号，并且测量光电二极管194应该测量到高信号。
[0139]
图7示出包括多个芯片并使用4个不同波长用于芯片之间通信的光学耦合多节点计算系统700的另一示例。在该示例中，系统700包括四个芯片(标记为1至4)702a、702b、702c、702d(统称为702)，它们互连(例如，通过光纤704)以在单向环路光学网络722上通信。例如，每个芯片702可以表示用于计算节点(未示出)的光学通信接口。每个芯片包括光学接收器接口rx 706和光学发送器接口tx 708。在该示例中，每个芯片702被配置为使用不同的激光波长用于发送(即波长1至4)，并且被配置为将三个剩余波长中的每一个接收到对应的光电检测器中，该光电检测器由调谐到那些波长的相应环形谐振器耦合。例如，芯片702a被配置为使用激光波长1来发送数据，芯片702b被配置为使用激光波长2来发送数据，芯片702c被配置为使用激光波长3来发送数据，并且芯片702d被配置为使用激光波长4来发送数据。
[0140]
每个芯片702的光学接收器接口706包括用于检测接收的光学信号的光电检测器706。光学接收器接口706包括具有第一分支718和第二分支720的光学分路器714。光学分路器将接收到的光学信号进行分路，并且接收到的光学功率的一部分(例如，25％)被发送到
第一分支718，接收到的光学功率的剩余部分(例如，75％)被发送到第二分支720。第一分支718中的光学信号耦合到光电检测器706。
[0141]
光学发送器接口tx 708包括一对环形谐振器710，其被配置为既用作将发送的光学信号(源自光学发送器接口tx 708)沿适当方向耦合到光学网络722上的路径，又将第二分支720中处于相同分配波长(例如，来自同一发送的信号，在其围绕环路传播之后)的基本上所有接收的光学功率耦合到光学终接器712，以防止该接收的光学功率干扰发送的光学信号。耦合的(接收的)光学功率围绕该对环形谐振器710沿相反方向传播到光学终接器712中。
[0142]
参照图8a，示例光学通信接口800可以在使用5个波长在各种光学通信接口之间进行通信的光学系统中使用。光学通信接口800包括类似于图7的芯片702的芯片802，但是芯片802在光学接收器接口中包括4个光电检测器，而不是如在芯片702中使用的那样包括3个光电检测器。芯片802包括光学发送器接口810和光学接收器接口804，光学发送器接口810使用一个波长，光学接收器接口804对于系统中的每个剩余波长具有单独的环形谐振器806和光电检测器808的组。在该示例中，光学发送器接口810使用波长1。光学接收器接口804包括环形谐振器806的4个组，其中每个环形谐振器806的组被设计为将波长2至5中的特定一个耦合到对应的光电二极管808。
[0143]
在使用奇数个波长(例如，2n 1，n为整数)的系统中，剩余的2n个波长可以被单独地检测(如在该示例中)，或者可以由波长子组内更少的光电检测器检测(如图8b的光学接收器接口850所示)。在该示例中，仍然存在5个波长，但是仅存在2个光电检测器852而不是(在图8a的示例中使用的)4个光电检测器808。每个光电检测器852接收来自两对环形谐振器854的光学信号。
[0144]
在一些实施方式中，该系统使用pam4调制来调制在光学通信接口或芯片之间发送的光学信号以具有四个不同的预定幅度水平。每个光电检测器852连接到对应的解调电路(pam4 rx)856，该解调电路被配置为对接收到的光学信号的四个不同的预定幅度水平执行pam-4解调。由于有两个不同的波长被组合到单个光电检测器856上，所以光学功率幅度水平不相干地相加(即，没有干扰)。当光学信号沿着光学环路722行进时，光学功率的一部分被光学信号沿着光学环路722遇到的每个芯片分路。光学信号遇到的芯片数量越多，被分出的光学功率量越大，剩余的光学功率越小。考虑到每个芯片702中的定向耦合器/分路器的耦合比，以及来自给定芯片的给定信号(处于给定波长)在给定芯片处被接收之前被分路的对应次数，将存在与每个芯片/波长相关联的不同唯一幅度水平。
[0145]
图9a至9c包括示出当光学信号通过各种数量的芯片时具有各种波长的光学信号的功率水平的示例性值的表。图9a包括示出当光学信号通过各种数量的芯片时各种波长的光学信号的功率水平的示例的表900。表900中的值被归一化为最大值1。图9a的示例假设芯片1将波长1用于光学信号的传输。类似地，芯片2至5分别将波长2至5用于光学信号的传输。如果芯片1向芯片2发送波长为1且幅度为1的光学信号，则在芯片2处接收的波长为1的光学信号的功率水平为0.7。如果芯片1向芯片3发送幅度为1的光学信号，沿途经过芯片2，则在芯片3处接收的波长为1的光学信号的功率水平为0.7*0.7＝0.49。如果芯片1向芯片4发送幅度为1的光学信号，沿途经过芯片2和芯片3，则在芯片4处接收的波长为1的光学信号的功率水平为0.73＝0.343。如果芯片1向芯片5发送幅度为1的光学信号，沿途经过芯片2至芯片
4，则在芯片5处接收的波长为1的光学信号的功率水平为0.74＝0.2401。类似地，如果芯片2向芯片3发送波长为2且幅度为1的光学信号，则在芯片3处接收的波长为2的光学信号的功率水平为0.7。如果芯片2向芯片1发送幅度为1的光学信号，沿途经过芯片3至芯片5，则在芯片1处接收的波长为2的光学信号的功率水平为0.2401。
[0146]
图9b是表902，其示出了所得到的幅度水平和归一化幅度水平(归一化为最大幅度1)，该归一化幅度水平是从在图9c的表904中所示的每个芯片处在两个接收器(rx0，rx1)中的每一个处接收的波长(标记为wl#)的映射而得到的。利用该方案，可以在单个光电检测器上同时检测来自不同相应发送芯片的处于不同波长的多个光学信号，从而减少所需的光电检测器的总数。在该示例中，芯片1包括接收器rx0和rx1。接收器rx0检测波长wl3和wl5，接收器rx1检测波长wl2和wl4。芯片2包括接收器rx0和rx1，其中接收器rx0检测波长wl1和wl4，接收器rx1检测波长wl3和wl5。芯片3包括接收器rx0和rx1，其中接收器rx0检测波长wl2和wl5，接收器rx1检测波长wl1和wl4。芯片4包括接收器rx0和rx1，其中接收器rx0检测波长wl1和wl3，接收器rx1检测波长wl2和wl5。芯片5包括接收器rx0和rx1，其中接收器rx0检测波长wl2和wl4，接收器rx1检测波长wl1和wl3。
[0147]
如图9b所示，如果芯片1的接收器rx0检测出幅度约为1.043的光学信号，则可以推断接收到的信号在波长wl3处为
‘1’
，并且在波长wl5处为
‘1’
。如果芯片1的接收器rx0检测出幅度为0.7的光学信号，则可以推断接收到的信号在波长wl5处为
‘1’
，并且在波长wl3处为
‘0’
。如果芯片1的接收器rx0检测出幅度为0.343的光学信号，则可以推断接收到的信号在波长wl3处为
‘1’
，并且在波长wl5处为
‘0’
。如果芯片1的接收器rx0检测出幅度为0的光学信号，则可以推断接收到的信号在波长wl3处为
‘0’
，并且在波长wl5处为
‘0’
。
[0148]
如果芯片1的接收器rx1检测出幅度为0.7301的光学信号，则可以推断接收到的信号在波长wl2处为
‘1’
，并且在波长wl4处为
‘1’
。如果芯片1的接收器rx1检测出幅度为0.49的光学信号，则可以推断接收到的信号在波长wl4处为
‘1’
，并且在波长wl2处为
‘0’
。如果芯片1的接收器rx1检测出幅度为0.2401的光学信号，则可以推断接收到的信号在波长wl2处为
‘1’
，并且在波长wl4处为
‘0’
。如果芯片1的接收器rx1检测出幅度为0的光学信号，则可以推断接收到的信号在波长wl2处为
‘0’
，并且在波长wl4处为
‘0’
。在芯片2至5的接收器rx0和rx1处检测出的模拟信号可以以类似的方式转换为数字值。
[0149]
图10示出光学耦合多节点计算系统1000的另一示例。在该示例中，8个计算节点1002通过环路光学网络1004光学连接，并且在两个外围组件快速互连(pcie)网络1006a、1006b(统称为1006)之一中电连接，由具有用于连接到其他系统(例如，主机系统)的端口1010的相应pcie开关1008a、1008b(统称为1008)控制。还有第九节点1012，其具有在同一环路光学网络1004中光学连接到8个计算节点1002的开关1014。环路光学网络1004可以是例如在计算节点1002和开关节点1012之间提供所有对所有(all-to-all)直接路由的密集波分复用(dense wavelength division multiplexed，dwdm)环形网络。激光源1016(例如，梳状激光器)可以提供不同波长的光，其然后由各个节点1002调制。激光源1016通过波导向节点发送激光，例如类似于图7和图8a中所示的示例(除了该激光源是在节点外部)。可替换地，在其他示例中，每个节点1002、1012可以包括或耦合到其自己的激光源。
[0150]
图11示出包括在每个节点1002、1012中用于将光学信号耦合到环路光学网络1004和从环路光学网络1004耦合光学信号的光学发送器(tx)和接收器(rx)接口的示例。在该配
置中，每个计算节点1002包括处理引擎(pe)1100，其被分配唯一的激光波长(l#)以用于向其他计算节点1002的传输，并且被配置为接收由计算节点1002使用的每个其他波长。每个计算节点1002连接到一个tx接口，该tx接口用于在分配给该计算节点1002的唯一激光波长(波长l0至l7之一)上进行发送。例如，pe 0连接到被配置为发送波长为l0的光学信号的tx接口，pe 1连接到被配置为发送波长为l1的光学信号的tx接口，pe 2连接到被配置为发送波长为l2的光学信号的tx接口，pe 7连接到被配置为发送波长为l7的光学信号的tx接口。每个处理引擎连接到被配置为向开关节点1012发送具有公共激光波长(l8)的光学信号的tx接口。在任何时隙，只有一个处理引擎发送波长为l8的光学信号。开关节点1012在与计算节点1002通信时以波长l8进行发送和接收。
[0151]
开关节点1012还包括另一组光学接收器rx和光学发送器tx接口，用于在不同的环路光学网络1102上进行通信。在该示例中，有8个开关节点1012，其被配置为使得当开关节点1012与环路光学网络1102上的其他开关节点1012通信时，每个开关节点1012被配置为在分配给该开关节点1012的唯一激光波长(波长l0至l7中的一个)上进行发送。例如，开关节点0被配置为在环路光学网络1102上发送波长为l0的光学信号，开关节点1被配置为在环路光学网络1102上发送波长为l1的光学信号，开关节点2被配置为在环路光学网络1102上发送波长为l2的光学信号，并且开关节点7被配置为在环路光学网络1102上发送波长为l7的光学信号。
[0152]
图12示出机架光学系统(rack optical system)1200的示例，机架光学系统1200包括8个光学耦合多节点计算系统(例如1000a、1000b、1000c(统称为1000))的机架(rack)，其中每个系统1000包括底架，并且经由它们的开关节点中的相应开关接口连接到机架的另一个环路光学网络1202。为了在环路光学网络1202上通信，每个系统1000包括分配给9个波长中的8个波长的子组的不同波长的开关。例如，系统1000a中的开关可以使用波长1在环路光学网络1202上与其他系统1000进行通信。类似地，系统1000b、1000c中的开关可以分别使用波长1和2在环路光学网络1202上与其他系统1000进行通信。系统1000内的每个计算节点1002与另一系统1000中的任何其他计算节点1002相距3跳(例如，系统1中的节点a到系统1中的开关1，系统1中的开关1到系统2中的开关2，系统2中的开关2到系统2中的节点b)。
[0153]
图13示出了包括8个机架光学系统(例如1200a、1200b(统称为1200))的集群光学系统1300的示例，其中每个机架光学系统1200包括8个多节点计算系统1000。在该示例中，集群光学系统1300包括8行多节点计算系统1000和8列多节点计算系统1000。集群光学系统1300包括环路光学网络，例如1302a、1302b(统称为1302)，其中每个环路光学网络1302以行连接多节点计算系统1000。每个多节点计算系统1000经由其开关节点中的相应开关接口连接到环路光学网络1202和环路光学网络1302，从而允许多节点计算系统1000与集群光学系统1300中的任何其他多节点计算系统1000进行通信。
[0154]
每个多节点计算系统1000包括开关节点，该开关节点包括用于连接到这些附加环路光学网络1202、1302的两个不同的开关接口组。一个开关接口组用于通过环路光学网络1202连接到同一机架光学系统1200中的其他多节点计算系统1000，并且一个开关接口组用于连接到不同机架光学系统1200的同一行中的其他多节点计算系统1000。
[0155]
为了在跨机架光学系统1200的每行之间在该环路光学网络1302上进行通信，每个机架光学系统1200的开关被分配给9个波长中的8个波长的子组的不同波长。底架/机架中
的每个计算节点1002距离另一底架/机架中的任何其他计算节点1002有4跳(例如，机架1的系统1中的节点a到机架1的系统1的开关1、机架1的系统1的开关1到机架2的系统1的开关2、机架2的系统1的开关2到机架2的系统2的开关3、机架2的系统2的开关3到机架2的系统2的节点b)。
[0156]
例如，在机架1中，系统1中的开关可以在环路光学网络1202a上向机架1中的其他系统发送波长为1的信号，系统2中的开关可以在环路光学网络1202a上向机架1中的其他系统发送波长为2的信号，等等。机架1的系统1000中的开关可以使用波长1至8在环路光学网络1202a上与机架1中的其他系统1000通信，并且使用波长9与机架2至8中的其他系统1000通信。在机架2中，系统1中的开关可以在环路光学网络1202b上向机架2中的其他系统发送波长为2的信号，系统2中的开关可以在环路光学网络1202b上向机架2中的其他系统发送波长为3的信号，等等。机架2的系统1000中的开关可以使用波长2至9在环路光学网络1202b上与同一机架中的其他系统1000通信，并且使用波长1与机架1和3至8中的其他系统1000通信。机架3的系统1000中的开关可以使用波长3至9和1在环路光学网络1202c上与机架3中的其他系统1000通信，并且使用波长2与机架1、2和4至8中的其他系统1000通信，等等。
[0157]
在一些实施方式中，多个光学耦合多节点计算系统可以形成在基板的多个相应层上，以增加给定体积中节点的密度。例如，第一光学耦合多节点计算系统可以形成在该基板中的第一层或第一组层上，并且第二光学耦合多节点计算系统可以形成在该基板中的第二层或第二组层上。例如，每个多节点计算系统包括n个节点，因此两个多节点计算系统总共有2n个节点。具有在第一层或第一组层中的电路的第一节点包括在第二层或第二组层上的发送器和接收器模块，这些模块允许第一节点通过第二层或第二组层中的环路光学网络与该第二层或第二组层上的节点进行通信。第一层或第一组层上的第一节点的电路通过垂直触点(诸如通孔)电耦合到第二层或第二组层上的发送器和接收器模块。该设计允许2n个节点中的任何节点通过第一和第二光学耦合多节点计算系统中的光学网络之一与其他2n个节点中的任何节点进行光学通信。以类似的方式，三个或更多个光学耦合多节点计算系统可以形成在基板的三个或更多个相应层或相应组层上。
[0158]
在一些示例中，多个光学耦合多节点计算系统可以形成在垂直堆叠的多个相应基板上，以增加给定体积中节点的密度。例如，第一光学耦合多节点计算系统可以形成在第一基板上，并且第二光学耦合多节点计算系统可以形成在第二基板上。例如，每个多节点计算系统包括n个节点，因此两个多节点计算系统总共有2n个节点。第一基板上的第一节点包括第二基板上的发送器和接收器模块，这些模块允许第一节点通过第二基板上的环路光学网络与第二基板上的节点进行通信。第一基板上的第一节点的电路通过跨越第一和第二基板垂直延伸的垂直触点电耦合到第二基板上的发送器和接收器模块。该设计允许2n个节点中的任何节点通过第一和第二光学耦合多节点计算系统中的光学网络之一与其他2n个节点中的任何节点进行光学通信。以类似的方式，三个或更多个光学耦合多节点计算系统可以形成三个或更多个相应基板上。
[0159]
在一些实施方式中，具有图1b至图8b中所示的任何设计的多个光学耦合多节点计算系统可以形成在基板中的多个相应层或相应组层上，或者形成在垂直堆叠在一起的多个基板上，或者形成在上述的组合上。
[0160]
多节点计算系统中的节点数量和光学环路数量可以与上述示例不同。例如，可以
使用n1个水平光学环路(具有在x方向上延伸的平行直波导区段)和n2个垂直光学环路(具有在y方向上延伸的平行直波导区段)，其中n1不同于n2。
[0161]
在本说明书中描述的一些系统、组件和/或功能操作可以在包括在本说明书中公开的结构及其结构等效物的数字电子电路，或者计算机软件、固件或硬件中实现，或者在它们的一个或多个的组合中实现。本说明书中描述的主题的实施例可以使用编码在计算机可读介质上的、用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块来实现。计算机可读介质可以是诸如计算机系统中的硬盘驱动器或通过零售渠道销售的光盘的制造产品、或嵌入式系统。计算机可读介质可以被单独地获取并且随后用计算机程序指令的一个或多个模块对其进行编码，诸如通过在有线或无线网络上传送计算机程序指令的一个或多个模块。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储器设备或它们的一个或多个的组合。
[0162]
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)，存储在专用于所说的程序的单个文件中，或者存储在多个协调文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)。可以部署计算机程序以在一台计算机或位于一个站点或分布于多个站点并通过通信网络互连的多台计算机上执行。
[0163]
本说明书中描述的过程和逻辑流可以由一个或多个可编程处理器执行，该处理器执行一个或多个计算机程序，以通过对输入数据进行操作并产生输出来执行功能。该过程和逻辑流也可以由专用逻辑电路执行，并且装置也可以实现为专用逻辑电路，例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(应用专用集成电路)。
[0164]
尽管已经结合某些实施例描述了本公开，但应当理解，本公开不限于所公开的实施例，相反，旨在覆盖包括在所附权利要求范围内的各种修改和等效布置，权利要求的范围应给予最广泛的解释，以便包括法律允许的所有此类修改和等效结构。