被配置为使用光学接口或电气接口的网络交换机的制作方法

本申请要求2016年9月30日提交的美国临时专利申请第62/402,751号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

本申请要求2017年9月26日提交的美国专利申请第15/716,454号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

各种实施例涉及网络交换设备，并且更具体地，涉及具有能够使用不同电压或电流的一个或多个接口的网络交换设备。

背景技术：

数据中心可容纳数百个计算设备用于远程存储、处理和/或分发数据。例如，由于社交网络处理的大量数据，与社交网络相关联的数据中心可能容纳数千个计算机服务器。这些计算设备可经由各种通信网络互连到它们自己和客户端计算设备。例如，计算设备可经由内联网彼此连接，并且经由因特网连接到客户端计算设备。

数据网络允许联网计算设备使用数据链路彼此交换数据。数据网络可包括使用有线媒介或无线媒介彼此连接的数百个联网计算设备。联网计算设备的实例包括网络交换机、路由器、调制解调器、中继器、桥接器等。

网络交换机是在计算机网络上将其他设备连接在一起的计算机网络设备。网络交换机也可称为“交换集线器”、“桥接集线器”、“mac桥”或简称“交换机”。交换机通常用于复杂的数据网络环境，例如，在一个或多个子网内互连各种设备。一些交换机使用分组交换来接收、处理和转发数据到适当的目的地设备。交换机还可用于电交换、光学交换(其使光纤或集成光学电路中的信号能够从一个电路选择性地切换到另一个电路)，或者电交换和光学交换机的组合。

传统的交换机包括具有相关交换机电路的多个印刷电路板，该交换机电路的部件经由外壳内的背板电路板或中板电路板互连。相关联的交换机电路的实例包括线卡和结构卡(统称为“卡”)。处理器(也称为“交换机芯片”)可在各种卡之间路由消息或数据包。交换机芯片通常实现为提供与交换机相关的逻辑的专用集成电路(asic)。

线卡和结构卡都可经由交换机接口(也简称为“接口”)与计算设备互连。例如，光纤线缆可与光学接口互连，而铜基线缆可与电气接口互连。一种常用的接口类型是小型可插拔(sfp)收发器。sfp收发器为计算机网络设备提供模块化接口，可轻松适应各种光纤和铜网络标准。因此，sfp收发器可将计算机网络设备的印刷电路板与光缆或线缆进行接口连接。

技术实现要素：

在所附权利要求中具体公开了根据本发明的实施例，所述权利要求涉及网络交换机和用于制造网络交换机的方法，其中在一个权利要求类别(例如，系统)中提到的任何特征，也可在另一个权利要求类别(例如，方法、存储介质和计算机程序产品)中要求保护。所附权利要求中的从属或回引仅出于形式原因而被选择。然而，也可要求保护由于故意回参任何先前的权利要求(具体而言是多个从属)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并且可被要求保护，而不管所附权利要求的所选择的从属如何。可要求保护的主题不仅包括所附权利要求中阐述的特征的组合，还包括权利要求中的任何其他特征组合，其中权利要求中提到的每个特征可与任何其他特征组合或权利要求中的其他特征的组合。此外，本文描述或描绘的任何实施例和特征可在单独的权利要求中要求保护和/或与本文描述或描绘的任何实施例或特征或所附权利要求的任何特征的任何组合要求保护。

在根据本发明的实施例中，网络交换机可包括：

光学接口；

电气接口；和

可操作地耦接到光学接口和电气接口的处理器，

其中，光学接口和电气接口消耗不同的电力量，尽管共享相同的电源引脚位置。

光学接口可包括电压变换器电路，该电压变换器电路被配置为降低在电源引脚处接收的电压。

电气接口可包括电压变换器电路，该电压变换器电路被配置为升高在电源引脚处接收的电压。

在根据本发明的实施例中，网络交换机可包括：

第一接口，具有位于第一位置的第一电源引脚；

第二接口，具有位于不同于第一位置的第二位置的第二电源引脚；和

印刷电路板，包括电力部件，该电力部件被配置为可控制地向第一接口的第一电源引脚和第二接口的第二电源引脚供应电力。

第一接口可以是光学接口，并且第二接口可以是电气接口。

电力部件可被配置为：

经由第一电源引脚向第一接口供应第一电压；和

经由第二电源引脚向第二接口供应第二电压，

其中，第一电压不同于第二电压。

第二接口可包括电压变换器电路。

电力部件可被配置为：

经由第一电源引脚向第一接口供应第一电流；和

经由第二电源引脚向第二接口供应第二电流，

其中，第一电流不同于第二电流。

第二接口可包括电流提升电路。

在根据本发明的实施例中，网络交换机可包括：

其上安装有第一接口和第二接口的基板，

其中基板固定地附接到印刷电路板。

在根据本发明的实施例中，网络交换机可包括：

处理器，配置有路由表，用于将第一接口和第二接口中的每一者与至少一个其他接口连接。

基板可包括：

第一电气迹线，将处理器和第一接口电气互连；和

第二电气迹线，将处理器和第二接口电气互连。

第一电气迹线和第二电气迹线可嵌入基板内。

第一接口和第二接口可消耗基本相同的电力量，因为第一电气迹线比第二电气迹线短。

在根据本发明的实施例中，一种方法，具体而言是用于制造具有可与光学接口和电气接口互操作的一个或多个接口的网络交换机，可包括：

接收适于电气分离安装在其上的物品的基板；

将处理器安装到基板；

将光学接口安装到基板；

使用第一电气迹线将光学接口电气互连到处理器；

将电气接口安装到基板；和

使用第二电气迹线将电气接口电气互连到处理器；

其中，光学接口和电气接口共用相同的电源引脚位置。

第一电气迹线或第二电气迹线可至少部分地通过基板暴露。

在根据本发明的实施例中，一种方法可包括：

在光学接口上安装电压变换器电路，

其中，电压变换器电路被配置为降低在电源引脚处接收的电压。

在根据本发明的实施例中，一种方法可包括：

在电气接口上安装电压变换器电路，

其中，电压变换器电路被配置为升高在电源引脚处接收的电压。

在根据本发明的实施例中，一种方法可包括：

在光学接口上安装电流提升电路，

其中，电流提升电路被配置为升高在电源引脚处接收的电流。

光学接口和电气接口可消耗基本相同的电力量，因为第二电气迹线比第一电气迹线短。

在根据本发明的实施例中，一个或多个计算机可读非暂时性存储介质可实现在被执行时可操作以执行根据本发明或任何上述实施例的方法的软件。

在根据本发明的实施例中，一种系统可包括：一个或多个处理器；和至少一个存储器，耦接到处理器并且包括可由处理器执行的指令，处理器在执行指令时可操作以执行根据本发明或任何上述实施例的方法。

在根据本发明的实施例中，优选地包括计算机可读非暂时性存储介质的计算机程序产品在数据处理系统上执行时可操作以执行根据本发明或任何上述实施例的方法。

附图说明

具有被设计为能够使用不同电压或电流的接口的网络交换机模块的实施例(在本文中也简称为“实施例”)通过实例而非限制在附图中示出，其中相同的参考可指示类似的元件。通过结合附图研究详细描述，实施例的各种特征对于本领域技术人员将变得更加明显。

图1是示出经由网络交换机在始发计算设备和目的地计算设备之间的实例通信流的示意图。

图2是包括前侧端口、后侧端口和交换机芯片的基板的示意图。

图3是根据各种实施例的用于交换机的印刷电路板的侧视图。

图4a是类似于图3的印刷电路板和基板的印刷电路板和基板的平面图。

图4b是类似于图3的印刷电路板和基板的印刷电路板和基板的平面图。

图5描绘了用于制造网络交换机模块的过程，该网络交换机模块具有被设计为能够使用不同电压或电流的接口。

附图仅出于说明的目的描绘了各种实施例。本领域技术人员将认识到，在不脱离本技术原理的情况下，可采用替代实施例。

具体实施方式

随着数据中心变得更加复杂并且额外的计算设备和/或网络设备添加到数据中心，电力需求也随之增加。某些位置可能存在最大电力容量。例如，本地电力供应商(例如，电力公司)可能变得不可能提供足够的电力而无需投资额外的发电站。为了应对不断增加的数据中心复杂性和/或计算/网络设备容量，数据中心运营商已经开始寻找降低电力利用的方法，以便数据中心不会超过可用的电力。降低电力利用的一个机会是使单个网络设备更节能。

任何电气路径都具有由路径的各种电气特性(例如，电阻)引起的相关信号损耗。例如，印刷电路板的电气迹线具有与电气迹线的长度成比例的信号损耗。类似地，布线具有与布线的长度成比例的信号损耗。因此，迹线或布线越长，信号损耗越大。信号损耗通常表现为数据完整性问题。为了克服这些信号损耗，交换机设计者可减少迹线或布线的长度，提高导体的质量或增加电力。

交换机设计者还可尝试降低与制造交换机相关的成本。一种方法是尽可能多地商品化交换机部件。例如，交换机可使用可与其他类似卡互操作的“插入式”卡。作为另一实例，可设计交换机芯片，使得它们可与光学接口和电气接口互操作。卡通常具有光学接口、电气接口或这两种类型的接口。然而，因为光学接口可具有与电气接口不同的电力需求，所以卡被预先设计成特别适合于卡要与之一起使用的接口类型。但这降低了制造商将卡商品化的能力。

因此，这里介绍的是网络交换机模块的若干实施例，其具有设计成能够使用不同电压或电流的接口。因此，网络交换机可能能够支持同一印刷电路板(例如，线卡或结构卡)上的光学接口和电气接口。在一些实施例中，印刷电路板包括设计用于光学接口的“增强级”电气接口。这种设计使得交换机的部件能够与电气接口和光学接口一起工作。

术语

以下给出了整个说明书中使用的术语、缩写和短语的简要定义。

对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的具体特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。这些短语的出现不一定是指同一实施例，也不一定是指彼此互斥的替代实施例。此外，描述了可由一些实施例而不是其他实施例展示的各种特征。

除非上下文明确要求，否则词语“包括”和“包含”应以包含性意义而不是排他性或穷举性意义(即，“包括但不限于”的意义上)来解释。术语“连接”，“耦接”或其任何变体旨在包括两个或更多个元件之间的直接或间接的任何连接或耦接。耦接/连接可以是物理的、逻辑的或其组合。例如，尽管不共享物理连接，但是两个设备可彼此电耦接或通信地耦接。

在上下文允许的情况下，单数意义或复数意义中使用的词也可分别以复数意义或单数意义使用。当用于引用多个项目的列表时，词“或”旨在涵盖以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中项目的任意组合。如果说明书声明部件/特征“可”，“可以”，“会”或“可能”被包括或具有特征，则不需要包括具有每个实施例中的特征的具体部件/特征。

系统拓扑概述

一些数据联网环境使用具有光学互连的交换机(也称为“光学交换机”)，其使用光纤线缆作为物理通信介质。光学交换机可容纳多个卡，每个卡经由一个或多个端口从连接的计算设备接收通信。例如，卡可能有32个端口。端口可包括前侧端口和/或后侧端口。

前侧端口通常用于连接到计算设备。例如，计算机服务器可使用光纤线缆来向线卡发送数据包或从线卡接收数据包。在这种情况下，光纤线缆的一端连接到线卡的前侧端口，光纤线缆的另一端连接到计算机服务器(或网络的另一个更高级别的交换机)的数据联网卡的光纤端口接口。后侧端口通常用于互连线卡或其他交换机(例如，经由结构卡)。

图1是示出经由网络交换机104在始发计算设备100和目的地计算设备102之间的实例通信流的示意图。始发计算设备100和目的地计算设备102可以是例如计算机服务器。

当始发计算设备100和目的地计算设备102经由交换机104交换通信时，相应的数据包可沿指定路径行进。这里，例如，数据包从始发计算设备100行进到第一线卡106的前侧端口。第一线卡106可将数据包路由到结构卡108的第一后侧端口。在经由第二后侧端口离开结构卡108之后，数据包可行进到第二线卡110，第二线卡110经由前侧端口将数据包路由到目的地计算设备102。

这些前侧端口和后侧端口(统称为“端口”或“接口”)可以是电气的或光学的。然而，电气接口通常需要与光学接口不同的电力量。因此,针对将要安装的接口类型,通常专门设计用于卡的印刷电路板。

每个卡还可包括提供与交换机相关的逻辑的一个或多个处理器(也称为“交换机芯片”、“集成电路”或简称“芯片”)。例如，交换机芯片可在交换机的前侧端口和后侧端口之间创建连接。更具体地，交换机芯片可配置有路由表以互连各种卡及其端口。交换机芯片通常实现为专用集成电路(asic)。

为了降低克服信号损耗所需的电力，可采用几种不同的设计机制。例如，前侧端口和/或后侧端口可移动得更靠近交换机芯片。通过这样做，在接口和交换机芯片之间需要更少的能量来解决信号损耗。

减少所需电力的另一种方法是采用公共基板，在该基板上制造前侧端口、后侧端口和交换机芯片。图2是基板200的示意图，基板200包括前侧端口202a至202b、后侧端口204a至204b和交换机芯片206。基板200可包括任意数量的前侧端口202a至202b和/或后侧端口204a至204b。用这三种类型的部件制造的模块可称为“优化的交换机控制器”。

优化的交换机控制器可通过将迹线放置在基板200上或基板200内来减少(例如，最小化)互连这些部件所需的迹线的数量和/或长度。例如，在一些实施例中，迹线可嵌入在衬里200内，而在其他实施例中，迹线可沿着基板200的表面暴露。基板200可由陶瓷或适于电气分离部件的另一种常见基板材料构成。在一些实施例中，不需要基板200。在这样的实施例中，部件可直接安装在印刷电路板上，该印刷电路板具有迹线以互连部件。

同时，图3是与各种实施例一致的用于交换机的印刷电路板的侧视图。交换机外壳(未示出)可包括各种部件300。这些部件300可包括一个或多个印刷电路板302(例如，线卡或结构卡)。本领域技术人员将认识到，尽管印刷电路板可包括各种部件，但是在图3中仅示出了与所公开的创新相关的部件。因此，未示出其他常见部件。

印刷电路板302可包括基板304。可使用各种类型的基板来电气分离部件。例如，一些基板是介电复合材料。复合材料可包括基质(例如环氧树脂)、增强剂(例如玻璃纤维或纸)和/或树脂(例如陶瓷)。

基板304可包括一个或多个迹线(未示出)，其电气互连各种部件。迹线可沿基板304的表面向外暴露或嵌入基板304内(例如，作为多层pc板的一部分)。这里，例如，迹线用于互连三个部件：交换机芯片306、第一接口308和第二接口310。

第一接口308可以是前侧端口或后侧端口。类似地，第二接口310可以是前侧端口或后侧端口。第一接口308和第二接口310可以是电气接口或光学接口。如上所述，这些部件(例如，交换机芯片306、第一接口308、第二接口310，以及在一些实施例中，基板304)可统称为“优化的交换机控制器”。

可制造几种不同版本的优化的交换机控制器。例如，优化的交换机控制器的一个版本包括光学接口，而优化的交换机控制器的另一个版本包括电气接口。除此之外优化的交换机控制器的所有其他部件可相似或相同。

这些接口可用类似的连接器配置(例如，引脚)制造，以简化制造工艺并降低成本。例如，优化的交换机控制器可包括两个接口：光学前侧端口和电气后侧端口。电气后侧端口将使用电(后侧)接口所需的电力。但是，如果安装了光学后侧端口，则光学后侧端口将采用光学(后侧)接口所需的电力。

有几种主要方法可确保接口接收适当的电力量。

首先，电力部件可改变在接口的不同电压引脚(或电力引脚)处提供的电力。图4a是类似于图3的印刷电路板302和基板304的印刷电路板402和基板404的平面图。部件400a可与图3的部件300大致相同。因此，图4a的交换机芯片406、接口408a和接口410可对应于图3的交换机芯片306、第一接口308和第二接口310。

交换机芯片406可包括多个引脚460。这些引脚460可包括信令引脚和/或电压引脚。例如，引脚460可用于将接口408a与接口410互连。

接口410可包括引脚422，424，426，428，430和432。这些引脚还可包括信令引脚和/或电压引脚。例如，引脚426可以是电压引脚，其被配置为从连接到接口410的线缆(例如，光纤线缆或铜基线缆)接收第一电压。

接口408a可包括引脚442，444，446a，448，450和452。这些引脚还可包括信令引脚和/或电压引脚。这里，例如，引脚446a是电压引脚，被配置为从连接到接口408a的线缆(例如，光纤线缆或铜基线缆)接收第二电压。然而，在接口408a的引脚446a处接收的第二电压可与在接口410的引脚426处接收的第一电压不同。

如果用类似于(例如，具有与接口410相同的引脚的)接口410的新接口替换接口408a，则新接口将按设计起作用，因为新接口的电压引脚将处于与接口410的引脚426相同的位置(并因此处于与接口408a的电压引脚446a不同的位置)。因此，新接口可在其自己的电压引脚处接收所需的电力。

因此，在具有不同电压引脚的实施例中，可制造具有位于第一位置的第一电压引脚和位于第二位置的第二电压引脚的接口。第一电压引脚可对应于电气接口，并且第二电压引脚可对应于光学接口。在这样的实施例中，印刷电路板可以可控地向两个电压引脚供应电力。更具体地，印刷电路板可经由单独的迹线向不同的引脚位置提供不同水平的电力。

其次，可将电力变换器模块添加到接口。图4b是类似于图3的印刷电路板302和基板304的印刷电路板402和基板404的平面图。同样，部件400b可与图3的部件300大致相同。因此，图4b的交换机芯片406、接口408b和接口410可对应于图3的交换机芯片306、第一接口308和第二接口310。

图4b的部件400b类似于图4a的部件400a。然而，在图4b中，接口408b的电压引脚446b与接口410的电压引脚426处于相同的位置。因此，接口408b和接口410以相同的电压电平工作。如果接口408b和接口410是不同的类型(例如，一个是电气接口，而另一个是光学接口)，则接口408b，410中的至少一个可包括电力变换器模块(未示出)。电力变换器模块可以是例如能够升高电压或降低由相应接口接收的电压的电压变换器电路。在其他实施例中，尽管具有相同的相对引脚位置，但接口408b和接口410消耗不同的电力量。

在一些实施例中，电压是恒定的，但是需要不同的电流量来克服导体长度(例如，迹线长度和/或线缆长度)的电阻。在这样的实施例中，接口可包括升压电路(未示出)以从电力部件汲取额外的电流。

因此，在具有至少一个电力变换器模块的实施例中，可将降压电压变换器电路或升压电压变换器电路添加到接口的电力收发器。例如，光学接口可包括电压变换器，该电压变换器被配置为通过降低电压来降低在电压引脚处接收的电力。在另一个实施例中，可减小电流。作为另一实例，电气接口可包括电压变换器电路，该电压变换器电路被配置为通过增加电压或电流来升高在电压引脚处接收的电力。在一些实施例中，将多个电压变换器电路添加到接口的电力收发器。如果需要，可添加一个或多个电力变换器模块，以供应电力收发器所需的电力。

第三，接口可采用第一和第二选项的组合。例如，在一些实施例中，电气接口和光学接口的电力要求可相同或基本相似。在这样的实施例中，接口的引脚配置可以是相同的。电气接口可能需要与光学接口相同的电力量，因为例如电气接口比光学接口更靠近交换机芯片。这种放置减小了交换机芯片和电气接口之间的电气路径的长度，从而减少了信号损耗。在其他实施例中，电气接口和光学接口的电力要求可以是不同的，但是接口可消耗在相同相对位置处经由电压引脚供应的不同的电力量。

这里介绍的印刷电路板设计的一个好处是它们使制造商能够将交换机的几乎所有部件商品化，这将有助于显著降低交换机的成本。

图5描绘了用于制造网络交换机模块的过程500，所述网络交换机模块具有被设计为能够使用不同电压或电流的接口。制造商最初收到基板(步骤501)。基板可由陶瓷或适合于电气分离安装在其上的物品的其他常见的基板材料构成。通常设计/选择基板，使得基板可固定到印刷电路板上以在交换机内使用。

制造商可将第一接口安装到基板(步骤502)。制造商还可将第二接口安装到基板(步骤503)。第一接口和第二接口可以是电气接口或光学接口。光纤线缆可与光学接口互连，而铜基线缆可与电气接口互连。

然后，制造商可将交换机芯片安装到基板(步骤504)。交换机芯片通常实现为提供与交换机相关的逻辑的专用集成电路(asic)。交换机芯片可负责在印刷电路板上包括的各种接口之间(例如，在第一接口和第二接口之间)路由数据包。因此，制造商可使用迹线将第一接口和第二接口与交换机芯片电气互连(步骤505)。在一些实施例中，迹线嵌入在基板内，而在其他实施例中，迹线至少部分地沿基板的表面暴露。

如上所述，可制造几种不同版本的网络交换机模块。

网络交换机模块的一个版本包括印刷电路板，该印刷电路板被配置为经由分开的迹线可控地向不同的引脚位置提供不同水平的电力。例如，印刷电路板可经由位于第一位置的第一电压引脚向电连接器提供电压，并且经由位于第二位置的第二电压引脚向光学连接器提供电压。以这种方式设计的网络交换机模块可基于哪个电压引脚当前正在接收电力来改变接口是作为电气接口还是光学接口。

网络交换机模块的另一个版本包括添加到接口的电力收发器的电压变换器电路。电压变换器可通过修改(或抑制修改)在电压引脚处接收的电力来改变接口是用作电气接口还是光学接口。例如，光学接口可包括电压变换器，其被配置为降低在电压引脚处接收的电力。作为另一实例，电气接口可包括电压变换器电路，该电压变换器电路被配置为升高在电压引脚处接收的电力。

除非与物理可能性相反，否则可设想上述步骤可以以各种顺序和组合进行。例如、第一接口、第二接口和交换机芯片可以以任何顺序安装到基板。也可在已经安装就位某些部件(例如，第一接口和第二接口)的情况下接收基板。

在一些实施例中还可包括附加步骤。例如，制造商(或一些其他实体)可对计算设备进行编程以使这些步骤中的一些或全部自动化。计算设备可通信地耦接到自动放置机器(也称为“取放机器”)，该自动放置机器被配置为将部件自动放置和/或固定到基板或印刷电路板上。

备注

出于说明和描述的目的，已经提供了本技术的各种实施例的前述描述。其并非旨在穷举或将所要求保护的主题限制为所公开的精确形式。许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地描述技术原理及其实际应用，从而使相关领域的其他技术人员能够理解所要求保护的主题、各种实施例以及可预期的适合于具体用途的各种修改。

尽管以上详细描述描述了某些实施例和预期的最佳模式，但无论上文在文本中如何详细描述，实施例都可以以多种方式实践。该技术的细节在其实现细节方面可有很大不同，同时仍然包含在该说明书中。如上所述，在描述各种实施例的某些特征或方面时使用的特定术语不应被视为暗示本文中重新定义术语以限制与该术语相关联的技术的任何特定特性、特征或方面。通常，以下权利要求中使用的术语不应被解释为将技术限制于说明书中公开的具体实施例，除非这些术语在本文中明确定义。因此，该技术的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括实践或实现权利要求所涵盖的实施例的所有等同方式。

说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导目的而选择的，并且可能未选择它来描绘或限制本发明的主题。因此，本技术的范围不受本详细说明的限制，而是受基于此处提交申请的任何权利要求的限制。因此，各种实施例的公开旨在说明而非限制本技术的范围。