JPH04503595A - 光接続ネットワーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光接続ネットワーク パイプラインのようにいくつかの区分されたステージによって処理される多くの 並列チャンネルを有する、多くの１次元（線形）ネットワークが既に提案されて いる。各ステージは、データチャンネルの対を整合させる２人力２出力処理モジ ュールの層と、この層によって随伴され、ラインを並べ替えるインターコネクト ステージとの２つの部分に分離できる。

近年、インターコネクト部分に光が利用され、モジュール部分には、他の媒体、 例えば、リチウムニオブ方向カブラチップ（Ｐ、Ｇｒａｎｅｓｔｒａｎｄ　ｅｔ 　ａｔ、　”５ｔｒｉｃｔｌｙ　ｎｏｎ−ｂｌｏｃｋｉｎｇ　８　Ｘ８　ｉｎｔ ｅｇｒａｔｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　５ｗ１ｔｃｈ　ＩＩａｔｒｉｘ″Ｅｌｅｃｔ ｒｏｎ　Ｌｅｔｔ、　２２Ｎｏ、　１５　（１９８Ｂ））または、オプトエレク トロニックＩＣ（Ｊ。

Ｅ、　Ｍｉｄｗｉｎｔｅｒ、　”　Ｎｏｖｅｌ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｏｐ ｔｆｃａｌｌｙ　ａｃｔｉｖａｔｅｄｖｌｄｅｂａｎｄ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　 ｍａｔｒｉｃｅｓ″ＩＥＥＥ　Ｐｒｏｃ、　Ｊ　１３４２６１　（１９８７）等 が組込まれている、有益な光コンピュータが提案されている。上記装置は、上述 した物理的レイアウトを有している。インターコネクトステージとして光学を利 用することは、高い周波帯域（ｈｉｇｈ　ｂａｎｄν１ｄｔｈ）　、並列データ の高速処理を提供するゼロタイムスキュー（ｚｅｒｏ　ｔｉｍｅ　５ｋｅｖ）及 び低いクロストーク　（ｌｏｗ　ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）に有益である。ネットワ ークに利用される多くの接続パターンは、バルク（ｂｕｌｋ）或いはホログラフ イック光学成分が利用されることで発生される。しかしながら、上記配列は、光 学システムによって可能な並列（処理）の効果を十分に引き出せない。

シンホン、リン（Ｓｈｌｎｇ−Ｈｏｎｇ　Ｌｉｎ）他による”２−Ｄ　Ｏｐｔｌ ｃａｌＭｕｌｔｌｓｔａｇｅ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　Ｎｗｔｖｏｒ ｋｓ”と名づけられた論説（ＳＰＩＥ　Ｖｏｌ　７５２　Ｄｉｇｌｔａｌ　０ｐ ｔｌｃａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｌｎｇ　（１９８７）、　ｐｐ２０９−２１８）には 、２−Ｄ全混合インターコネクト及び２−０４人力４出力処理モジュールが利用 されている２−Ｄネットワークが開示されている。リン（Ｌｉｎ）他は、細密な ネットワーク接続に必要な制御構造には言及しておらず、所望の構成の２４クロ スバ−スイッチによって可能であるとしている。

この発明の目的は、上記（リン他の提案する）２−Ｄネットワークよりも複雑な 構造を持たない光接続ネットワークを提供するものである。この発明によれば、 接続入力端の２次元アレイを接続出力端の２次元アレイに接続する光接続ステー ジを有する少なくとも１つのステージ；それぞ件接続出力端に光学的に接続され ているモジュール入力端の２次元アレイ及びモジュール出力端の２次元アレイを 有する光処理モジュールアレイを備え、それぞれのモジュールは、第二の対をな す処理サブモジュールの各入力と第一の対をなす処理サブモジュールの出力とが それぞれ独立に接続されていることを特徴とする光接続ネットワークが提供され る。

第４図は、この発明の２次元ネットワークとして構成可能光を利用した２次元ネ ットワークは、従来のネットワークと同様に組み立て可能である。チャンネルの 数に制限がある場合、モジュール素子の最大幅或いは光が画像を忠実に東栄でき る距離のいづれか一方に比例される。上記制限が１次元ネットワークにおいてＮ チャンネルである場合、２次元ネットワークでは、Ｎ２チャンネルとなる。この 発明のネットワークによれば、２次元タイプにおいて最小のネットワークが提供 できる。

この発明によれば、４つのサブモジュールと同一の処理のために必要とされる処 理素子の数で十分であって、後述するように、互いに独立に機能する、１次元処 理ネットワークと制御構造が接続されていることで、従来の４×４処理（モジュ ール）から複雑な構造が低減される。

この発明は、２次元光ネツトワークに１次元ネットワークの制御構造を利用可能 にするものである。

以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、従来技術である１次元ネットワークの概略グイ第２図は、第１図に示 されている接続ネットワークに利用サレる、交差（エクスチェンジ）及び通過（ バイパス）モジュールの概略ダイアグラム； 第３図は、この発明の２次元接続ネットワークの概略ダイアグラム； している。この構成の多くのネットワークは、全てを順序だな１次元ネットワー ク例の概略ダイアグラム；第５図は、第４図のネットワークの機能を再現する、 この発明の第３図のモジュールの１つの概略ダイアグラム；第６図は、この発明 の２次元処理モジュールと等価に機能する、４×１次元モジュールを示す概略ダ イアグラム；及び第７図は、この発明の２次元ネットワークに、１次元ネットワ ークのステージを接続するための条件を示す概略ダイアグラム。

第１図を参照すれば、一般的な１次元の従来の接続ネットワークは、それぞれ、 １次元インターコネクションステージ２及び２人力２出力処理モジュール層４を 有する３つのステージＳ＋　Ｓｉを備えている。上記インターコネクションは、 上記モジュールによって機能するので、各ステージ毎に異なる。

上記一般的なネットワークでは、多くの並列処理役務が生じる。最も共通となる 機能は、多くのデータ流の入力、及び、モジュールの設定によって規定される異 なる次元でのインターコネクションの固定が維持された状態での、同一のデータ ラインに対する出力である。このようなスイッチングネットワークは、通常、常 用接続パターン、及び、第２図ａ及び第２図すに示されている、２つの入力ライ ンを交差或いは通過させる２つのステージの一方から設定されるモジュールを有 てて、上記モジュールの設定を仕分けする制御構造を有している。

コンピュータの他の種類では、上記モジュールは、付加的処理が可能である。上 記モジュールは、全混合或いは線接続が用いられた構造のプログラマブルロジッ クアレイであれば、ＡＮＤゲート及びＯＲゲートとなる。高速フーリエ変換装置 が提案されると、上記インターコネクションは全混合され、且つ、上記モジュー ルは加重和及び差を計算する。これらの或いはその他のプロセスは、この発明の 構成の光２次元ネットワークを可能にする。

第３図を参照すれば、この発明の２次元光接続ネットワークが一般的な形態で示 されている。上記ネットワークは、それぞれ、モジュールの２次元アレイ８によ って随伴されている２次元インターコネクションステージ６から構成される４つ のステージＳ４　Ｓ７を備えている。それぞれのモジュールは、４つの入力１０ 及び４つの出力１２の２次元アレイを有している。上記インターコネクション（ ステージ）６は、２次元のライン入力を可能にする。

第４図には、この発明の２次元接続ネットワークに構成できる１次元接続ネット ワークによるステップを説明するために利用される、公知の１次元接続ネットワ ーク　（Ｄ、Ｅ、Ｋｎｕｔｈ。

’Ｓｏｒｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｅａｒｃｈｉｎｇ：　Ａｄｄｉｓｏｎ　Ｗｅｓｌ ｅｙ　（１９７３）”　）が示されている。第４図に描かれているリニアネット ワークは、全混合インターコネクション１４と明快さのためにのみ関連付けられ ている処理サブモジュール１Ｂを有するソーティングネットワークである。符号 １５は入力ライン；矢印の付されているモジュール（１６）は矢印の方向へ出力 端；及び、非識別（何の表示もない）モジュール１Ｂはバイパスである。出力端 １７は、左から右へ順に整列された数字で現されている。

全混合インターコネクションは、第５図に示されているように、積層されたライ ンが２Ｘ１／２に分割され、インターリーブ（一つおき一１ｎｔｅｒｌｅａｖｉ ｎｇ）されている。

４つの二値ビットによって２４の端（ｐｏｒｔ）に分類されたａｂｅｄは、上記 ２４の二値アドレスのバレルロール（樽型旋回−ｂａｒｒｅｌ　ｒｏｌｌｉｎｇ ）によって混合され、入力端での分類ａｂｃｄは、出力端でｂｃｄａに分類され る。チャンネルがモジュールの端（ｐｏｒｔ）　ａ　ｂ　ｃ　ｄに到着したとき 、モジュール形式及び他のチャンネルが到着したアドレスに応じて、ａｂｃＯ或 いはａｂｃｌのいづれかから出力される。

上記ソーティングネットワークの２つの連続しているステージの上記ルーチング 効果について考察する：　ａｂｃｄに到達したラインは、ｂｃｄａに転移（ｓｈ ｕｆｆ’ｌｅ）され、モジュール（１６或いは１Ｂ）によってｂｃｄＡ（Ａには ０または１が対応される）に交差或いはバイパスされ、再び、ｃ　ｄ　Ａ　ｂに 転移されて最後にｃｄＡＢ（Ｂには０または１が対応される）に切換えられる。

ａｂｃｄ ｂｃｄａ 　ｄＡＢ 上記ラインは、ＡＢ−００，０１，１０及び１１の４つの出力アドレスを選択で きる。その一方で、この４つの入力ラインには、ａｂ＝ｏｏ、０１．１０及び１ １の４つの端からのラインが到達される。

上記リニアアレイの上記ラインは、ルールａｂｃｄ　→　（列　ｂｄ、行　ａｃ ）に従って、スクエアアレイの収容部に整列される。

上記１次元ネットワークの２つのステージの機能は、第３図に示されている２次 元ネットワークのステージの１つによって可能になる。上記新規のインターコネ クションは、水平全混合が垂直全混合によって随伴された２次元全混合である。

これらの順列の１つは、 （ｂｄ、ａｃ）　−ｅ　（ｄｂ、ｃａ）（上記２つの１次元混合に対応する）作 用を有している。上記ネットワークの２つの連続したステージにおける上記モジ ュールの作用は、アドレスとしてａとｂの２つのビットに固定される。２次元ネ ットワークにおけるモジュール（この場合も、ａ及びｂ）は、上記行及び列アド レスの最終ビットが異なる上記４端（ｐｏｒｔ）に作用し、従来のネットワーク の２つのステージにおいて利用されていた多くのモジュールと同様に機能する４ ×４モジユールとして動作する。このことは、上記ルールに従って、上記ライン を１次元から２次元アレイに展開（ｍａｐｐｉｎｇ）することによって、本来の ネットワークの２つのステージの役務を２次元全混合を含む上記新規のネットワ ークの１つのステージで処理できるとともに、このルールを用いた２次元ネット ワークを構成できる。

上記２次元モジュールの動作を詳細に説明する。それぞれの端（子）、　（ｄｏ 、Ｃｏ）、（ｄｏ、Ｃ１）、（ｄｌ、ｃｏ）及び（ｄｌ、ｅｌ）は、互いに接続 されている。第一のビットａは固定であって、上記モジュール即ちビットｂは、 第６図のような２人力２出力の４つのサブモジュールに分割される。このサブモ ジュールは、第４図におけるモジュール４個を配置したもので、上記展開ルール を用いることによって、上記４個のモジュールの関連を推論できる。上記２次元 モジュールは、第６図に示されているように、機能的に接続されているならば、 上記２人力２出力の４つのサブモジュールとして物理的に分離される必要はない 。

従来（１次元）のネットワークでは、上記ネットワークの交差／バイパスの決定 によって、ネットワークからソート出力が発生される。が、しかし、上記２次元 ネットワークでは、チャンネルは、ｎ番（桁２次）の着地アドレスを有している ので、リニアアレイにおける端（ｐｏｒｔ）　ｎを選択（ｔｗａｐｐｉｎｇ）で きる。この不規則なライン（ｓｃｒａｌｌｂｌｉｎｇ）の選択は、事前に決定で きるのであまり重要なことではない；が、より分かりやすい順にソートすること が要求された場合には、上記着地アドレスを最初に変更し、或いは、逆展開され たアドレスの等価のモジュールをセットすればよい。

２次元ネットワークの１例が既に開示されている。着想点（ｓｔａｒｔｉｎｇ　 ｐｏｉｎｔ）は、１次元ネットワークである。この発明の２次元ネットワークが 、リニアネットワークにおけるモジュールの機能の独立及び接続パターンから構 成されることを説明する。

上記全混合ソーティングネットワークにおける挙動を推論すると、モジュールが 移動すると見なすことで、２つの連続したステージが２Ｄネツトワークの１つの ステージに接続される。このことは、インターコネクション、２Ｘ２モジユール としてのインターコネクション及びこのモジュールに引き続く最終の２Ｘ２モジ ユールからなる１次元ステージにおける、４ｘ４モジユールの層が随伴されてい るインターコネクション２つ分の役務を困難にする。しかしながら、第２図にお けるモジュールの機能は、中間モジュール出力Ｘ′がＸ及びＹの関数であること から理解される（第７図参照）。

Ｘ″−ｘ”　（ｘ、ｙ） また、３つの中間出力についても同様に、ｙ＝−ｙ”　（ｘ、ｙ） ｗ−−ｗ−（ｗ、ｚ） ｚ−−ｚ−（ｗ、ｚ） （となる。） 最終モジュール出力Ｘ°及びＺｏは、Ｘ゛及びＺ−の関数であって Ｘ″−ｘ’　（ｘ＝、ｚ”） Ｚ’　−Ｚ’　（Ｘ−、Ｚ＝） であるから ｘ”　−ｘ”　（ｘ、　ｙ、ｚ、　ｗ）Ｚｏ−ｚ”　（ｘ、ｙ、ｚ、ｗ） 上記関数Ｘ°及び２″は、１×２次元、４人力４出力処理モジュール、及び、必 要に応じて、同様の４つの入力の関数におけるＹ−及びＷ−の中間値 Ｙ’−Ｙ’（Ｙ″、Ｗ′） Ｗ“−Ｗ”　（ｙ＝、ｗ”） であって、共通モジュールから導かれるさらに別の２つの出力Ｙ°及びＷ” Ｙ”−ｙ’　（ｘ、　ｙ、　ｚ、　ｗ）ｗ’　−ｗ’　（ｘ、　ｙ、　ｚ、　ｗ ＞によって計算できる。

この限定を上記ｎ次（桁）の２つのインターコネクションの後位（ｓｅｃｏｎｄ ）に当てはめることで、以下のように簡略できる。

モジュールから現れたラインの余りは、他のラインからの出力と定義される。モ ジュールへの２つの入力のための２つのラインは、共通モジュールとしてこの余 りの２つのラインに接続される。

もし、インターコネクションがこの条件を満足しない場合、この発明の互いに独 立に機能する２次元４×４モジユールの１つのステージによって、第７図の連続 したステージを接続できない。

原則的に、ネットワークが上述した接続条件を満足するためには、第１図の線形 配列におけるラインのピックアップ及び第３図の２次元アレイへの転移が常時可 能である。このことは、上記展開によって容易である。が、しかし、簡単な光学 配列が用いられている２次元接続によって検索できる。例えば、特定の展開によ って、全混合が提供される。良好な展開を見つけたければ、２次元ネットワーク の線形カウンタ部の出力から発生される役務を比較すれば良い。

ａｂｃ　ｄ　−ｂｃｄａ ４×４モジユールから２×２モジユールへの分解国際調査報告 １＋ＩｗｗＩｗ＋ａｍ−９峰、醜　ＰＣＴ／ＧＢ　９０１００２８３国際調査報 告 ＧＢ　９０００２８３ ＳＡ　３４６５１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．接続入力端の２次元アレイを接続出力端の２次元アレイに接続する光接続ス テージを有する少なくとも１つのステージ；それぞれ接続出力端に光学的に接続 されているモジュール入力端の２次元アレイ及びモジュール出力端の２次元アレ イを有する光処理モジュールアレイを備え、それぞれのモジュールは、第二の対 をなす処理サブモジュールの各入力と第一の対をなす処理サブモジュールの出力 とがそれぞれ独立に接続されていることを特徴とする光接続ネットワーク。
2. ２．サブモジュールの各処理サブモジュールは、互いに独立に機能し、入力を交 換する第一のステージ、及び、この第一のステージで交換された入力を交換する 第二のステージを有する請求の範囲１に請求したネットワーク。
3. ３．サブモジュールの各処理サブモジュールは、互いに独立に機能し、加重和と 差とを演算できるとともに、ネットワークは高速フーリエ変換可能に構成されて いる請求の範囲１に請求したネットワーク。
4. ４．接続ステージは、接続入力端と接続出力端との間を全二重混合が可能な請求 の範囲１または請求の範囲２のいづれかに請求したネットワーク。
5. ５．ネットワークは、プログラマブルロジックアレイからなる請求の範囲１に請 求したネットワーク。