使用编码脉冲幅度调制的光学通信接口的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年3月8日提交的美国序号13/791，201 (代理人案号 A929R0-001601US)的优先权，该申请之全文并入本文中，以作参考。
技术领域
[0003] 本发明涉及数据通信系统和方法。
【背景技术】
[0004] 在过去几十年，通信网络的使用激增。在互联网初期，广泛应用限于电子邮件、公 告栏、以及大部分基于信息和文本的网页浏览，并且传输的数据量通常较小。如今，互联网 和移动应用需要大量带宽，来传输照片、视频、音乐以及其他多媒体文件。例如，社交网络 (例如，Facebook)每天处理500TB以上的数据。由于对数据和数据传输的这种高要求，所 以现有数据通信系统需要改进，以解决这些需要。
[0005] 在过去，存在多种类型的通信系统和方法。遗憾的是，这些通信系统和方法对于各 种应用不充足。因此，需要改进的通信系统和方法。
【发明内容】
[0006] 本发明涉及数据通信系统和方法。更具体而言，本发明的各种实施方式提供通信 接口，该通信接口被配置为通过光学通信网络使用PAM格式以高带宽传输数据。在某些实 施方式中，在叶脊网络架构内的各种装置（例如，脊交换机和叶交换机）使用通信接口，这 允许在服务器之间共享大量数据。
[0007] 要理解的是，本发明的实施方式提供超过现有技术的大量益处和优点。此外，叶脊 架构与用于光学通信链路内的PAM格式相结合，在这个架构内的服务器可以快速并且有效 地共享大量数据，从而与现有系统相比，允许提高服务器的虚拟化和合作。例如，根据本发 明的一个实施方式的通信接口提供I. 2Tb/s带宽。在【具体实施方式】中，本发明提供3. 2Gb/ s或更高的带宽。单个脊服务器可以具有32个端口，每个端口以100Gb/S配置。此外，与相 似规格的传统系统的12W功耗相比，在本发明的各种实现方式中描述的基于PAM的光学通 信接口节能，具有大约3W的功耗。例如，根据本发明的通信接口可以与其他元件集成，从而 减小总尺寸。还具有很多其他优点。
【附图说明】
[0008] 图1是示出根据本发明的一个实施方式的叶脊架构100的简化图。
[0009] 图2是示出根据本发明的一个实施方式的通信装置的形状因数的简化图。
[0010] 图3A是示出根据本发明的一个实施方式的通信接口 300的简化图。
[0011] 图3B是示出根据本发明的一个实施方式的分段光学调制器的简化图。
[0012] 图4A是示出根据本发明的一个实施方式的PAM-8格式的简化图。
[0013] 图4B是示出使用BCH校验符号进行PAM映射的简化图。
[0014] 图5是示出根据本发明的一个实施方式的PAM8编码方案的简化图。
[0015] 图6是示出具有高编码增益的PAM8编码方案的简化图。
[0016] 图7是示出根据本发明的一个实施方式的PAM-12映射的简化图。
[0017] 图8是示出PAM12映射的星座的简化图。
[0018] 图9是示出根据本发明的一个实施方式的PAM12映射的简化图。
[0019] 图10是示出根据本发明的一个实施方式的PAM16映射的简化图。
[0020] 图11是示出PAM16编码方案的简化图。
[0021] 图12是示出根据本发明的一个实施方式的BCH代码构造的简化图。
[0022] 图13是示出根据本发明的实施方式的用于PAM格式中的Reed-Solomon(RS)代码 构造的简化图。
[0023] 图14是示出根据本发明的一个实施方式的用于PAM12格式的BCH-RS编码的简化 图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明涉及通信系统和方法。更具体而言，本发明的各种实施方式提供通信接口， 该通信接口被配置为通过光学通信网络使用PAM格式以高带宽传输数据。在某些实施方式 中，在叶脊网络架构内的各种装置使用该通信接口，这允许在服务器之间共享大量数据。
[0025] 在过去几十年，随着云计算和数据中心的出现，网络服务器的需要演化。例如，长 期使用的三级配置不再充足或合适，这是因为分布式应用程序需要更平坦的网络架构，其 中，服务器虚拟化允许服务器平行操作。例如，多个服务器可以共同用于执行请求的任务。 对于要平行运作的多个服务器，这些服务器通常需要在其间快速共享大量信息，与使数据 通过多层网络架构（例如，网络交换机等）来回移动相反。
[0026] 提供叶脊型网络架构，以更好地允许服务器平行运作并且在服务器之间快速移动 数据，提供高带宽和低延迟。通常，叶脊网络架构使用架顶交换机，该交换机可以直接访问 服务器节点并且反向链接一组非阻塞的脊交换机，这些交换机具有足够的带宽，以允许服 务器集群彼此链接并且共享大量数据。
[0027] 在如今典型的叶脊网络中，在服务器之间共享千兆位数据。在某些网络架构中，在 相同水平上的网络服务器具有某些对等链路，用于数据共享。遗憾的是，这种类型的设置 的宽度通常不充足。要理解的是，本发明的实施方式在叶脊架构中使用PAM(例如，PAM8、 PAM12、PAM16等），该架构允许经由光学网络传输大量数据（在脊等级上，高达兆兆位数 据）。
[0028] 提出了以下描述，以能够允许本领域的技术人员构造和使用本发明，并且在特定 应用的背景下包含本发明。对于本领域的技术人员，在不同应用中的各种修改以及大量用 途显而易见，并且在本文中限定的一般原理可以应用于大量实施方式中。因此，本发明并非 旨在限于所提出的实施方式，而是符合与在本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽泛的 范围。
[0029] 在以下详细描述中，陈述了多个具体细节，以便提供本发明的更彻底理解。然而， 对于本领域的技术人员，显然可以实践本发明，不必限于这些具体细节。在其他情况下，用 方框图的形式（而非详细地）显示了众所周知的结构和装置，以免本发明晦涩难懂。
[0030] 读者注意到与本说明书同时提交的并且公开以与本说明书一起供公众查阅的所 有论文和文档，并且所有这些论文和文档的内容包含在本文中，以作参考。在本说明书（包 括任何所附权利要求、摘要以及附图）中公开的所有特征可以由用作相同、等效或相似目 的的替换特征代替，除非另有明确规定。因此，除非另有明确规定，否则公开的每个特征是 通用系列的等效或相似特征中的仅仅一个实例。
[0031] 而且，未明确规定用于执行特定功能的"装置"或者用于执行特定功能的"步骤"的 在权利要求中的任何部件不解释为在35U. S. C.第112部分第6段中规定的"装置"或"步 骤"条款。尤其地，在本文中的权利要求中使用"步骤"或"行为"并非旨在调用35U.S.C.第 112部分第6段的规定。
[0032] 要注意的是，如果使用的话，那么标签左、右、前、后、顶部、底部、向前、背面、顺时 针以及逆时针仅仅用于方便的目的，并非旨在表示任何特定的固定方向。相反，这些标签用 于反映在对象的不同部分之间的相对位置和/或方向。
[0033] 图1是示出根据本发明的一个实施方式的叶脊架构100的简化图。这个示图仅仅 是一个实例，该实例不应过度限制权利要求的范围。本领域的技术人员会认识到很多变化、 替换物以及修改。叶脊架构100包括服务器120、叶交换机110以及脊交换机103。要理解 的是，根据需要和具体应用，服务器和交换机的数量和设置可以改变。如图1中所示，每个 服务器可以连接至不止一个叶交换机。例如，服务器121连接至叶交换机111和112。同 样，服务器122连接至叶交换机111和112,服务器123也是这样。在一个示例性实施方式 中，服务器121经由使用脉冲幅度调制（PAM)的光学通信链路连接至叶交换机111。在本 发明的各种实施方式中，PAM2、PAM4、PAM8、PAM12、PAM16和/或PAM的其他变化还可以与 光学通信链路相结合使用。在服务器121与叶交换机111之间的光学通信链路的带宽可以 超过10千兆位/秒。每个叶交换机（例如，叶交换机111)可以连接至10个或更多个服务 器。在一个实现方式中，叶交换机具有至少100千兆位/秒的带宽。
[0034] 在一个【具体实施方式】中，叶交换机包括接收器装置，接收器装置被配置为接收4 个通信信道，并且每个信道能够以25千兆位/秒传输输入数据并且被配置为PAM-2格式。 同样，服务器（例如，服务器121)包括通信接口，所述通信接口被配置为以100千兆位/秒 传输和接收（例如，4个信道，每个信道以25千兆位/秒），并且与叶交换机的通信接口兼 容。脊交换机同样包括通信接口，用于以PAM格式传输和接收数据。脊交换机可以具有大 量通信信道，以容纳大量叶交换机，每个交换机提供大量服务器的交换。
[0035] 叶交换机连接至脊交换机。如图1中所示，每个叶交换机连接至脊交换机101和 102。例如，叶交换机111连接至脊交换机101和102,并且叶交换机113和114也是如此。 在一个特定实施方式中，每个脊交换机配置有带宽3. 2兆兆位/秒，这个带宽足够大，以传 送32光学通信链路，每个链路具有100千兆位/秒。根据具体实现方式，还能够具有其他 配置和带宽。
[0036] 通过在图1中显示的架构100,服务器能够以高带宽有效地彼此通信。在服务器与 叶交换机之间并且还在叶交换机与脊交换机之间使用光学通信链路，并且PAM用于光学网 络通信。
[0037] 要理解的是，上述PAM通信接口可以根据如今通信标准形状因数实现。此外，与传 统装置相比，由高效率等级提供的、根据本发明的实施方式的网络收发器可以具有远远更 低的功耗以及更小的形状因数。图2是示出根据本发明的一个实施方式的通信装置的形状 因数的简化图。如今，C形状因数可插入（CFP)标准广泛适用于千兆位网络系统。传统的 基于电气连接的CFP收发器通常使用IOX 10千兆位/秒线路来实现高带宽。通过光学连 接，CFP收发器可以使用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，使用光学通信链路和PAM格式，根据本发明的收发器可以具有比所显示的CFP和 CFP2远远更小的形状因数。在各种实施方式中，根据本发明的通信接口可以具有形状因数 CFP4或QSF