Los centros de datos son el punto central de muchos si no la mayoría, sistemas de información hoy, pero la masa de cables que interconectan los servidores y que se apilan en los estantes comienza a parecerse al desastre de las luces enredadas del árbol de Navidad del año pasado. Ahora, un equipo de ingenieros propone eliminar la mayoría de los cables y sustituir las comunicaciones por la óptica infrarroja de espacio libre.

"Nosotros y otros probamos la señalización por radiofrecuencia, pero los rayos se ensanchan en distancias cortas, "dijo Mohsen Kavehrad, W. L. Weiss Catedrático de Ingeniería Eléctrica, Penn State. "Los edificios podrían tener una milla de largo y cada bastidor debería poder comunicarse".

En un experimento realizado por ingenieros de Microsoft, Los investigadores encontraron que la señalización por radiofrecuencia producía una alta interferencia, enlaces activos limitados y rendimiento limitado:la cantidad de datos que pueden pasar por un sistema.

"Usamos un enlace óptico de espacio libre, "Kavehrad dijo a los asistentes hoy (31 de enero) en Photonics West 2017 en San Francisco." Utiliza una lente muy económica, obtenemos un haz de infrarrojos muy estrecho con cero interferencias y sin límite en el número de conexiones con alto rendimiento ".

La red óptica de espacio libre entre bastidores con arquitectura de alta FLexibilidad (o Firefly) es un proyecto conjunto de Penn State, Universidad de Stony Brook y Universidad Carnegie Mellon. Utilizaría láseres infrarrojos y receptores montados en la parte superior de los racks del centro de datos para transmitir información. Los módulos láser se pueden reconfigurar rápidamente para adquirir un objetivo en cualquier rack. La interferencia humana es mínima porque los bastidores tienen más de 6.5 pies de altura, por lo que la mayoría de los trabajadores pueden caminar entre las filas de bastidores sin romper los rayos láser.

Según Kavehrad, los centros de datos pueden albergar 400, 000 servidores en bastidores llenando una habitación de una milla de largo. Los centros de datos generalmente se construyen para el tráfico pico, lo que significa que la mayoría de las veces alrededor del 30 por ciento de los servidores están fuera de línea. Sin embargo, porque todavía están encendidos, continúan generando calor y necesitan enfriamiento. Kavehrad estima que para 2020, los centros de datos utilizarán un total de 140 mil millones de kilovatios de electricidad por hora, o el equivalente a 13.000 millones de dólares en electricidad a la tasa actual:la producción de 50 plantas de energía.

Si bien el cableado de fibra óptica y el gasto de energía para los servidores inactivos son problemas, el rendimiento es más crítico. Cuando cientos de cables se fusionan en unos pocos, los cuellos de botella en la transferencia de datos que resultan reducen la velocidad a la que el centro de datos puede entregar información. Un flexible El sistema configurable puede reducir los cuellos de botella e incluso la cantidad de servidores necesarios.

Los investigadores han diseñado la arquitectura Firefly, pero aún no está implementado. Han creado un simplificado, Sistema de prueba de concepto para demostrar que su láser infrarrojo puede transportar la señal y apuntar al receptor. Están transmitiendo multiplexación por división de longitud de onda (múltiples señales enviadas por luces de diferentes colores), flujos de datos bidireccionales, cada uno de los cuales lleva datos a una velocidad de transmisión de 10 Gigabits por segundo desde un equipo de prueba de tasa de error de bits (BER). La prueba BER determina el número de errores en una señal causados ​​por interferencias, ruido, Problemas de distorsión o sincronización.

La configuración de prueba de concepto tiene la división de longitud de onda de la señal bidireccional multiplexada con una señal de televisión por cable unidireccional. El flujo de datos total va desde el cable de fibra óptica al láser infrarrojo, a través de la habitación al receptor y muestra los resultados en un televisor y el equipo de prueba BER. Una mano que rompe el rayo láser apaga el sistema, pero cuando se quita la mano, la señal se vuelve a adquirir rápidamente.

El sistema utiliza MEM, sistemas microelectromecánicos, con espejos diminutos para una rápida focalización y reconfiguración. Dijo Kavehrad. Estos MEM utilizan pequeñas cantidades de electricidad de cuatro direcciones para reposicionar el espejo que apunta al receptor. El movimiento de los espejos es tan pequeño que es indetectable, pero el programa de computadora localiza rápidamente el receptor y luego reduce el objetivo para precisarlo. El rayo láser también se puede mover rápidamente para apuntar a un receptor diferente.

Apuntar con precisión y enviar una señal a través de un láser infrarrojo son solo dos de los obstáculos que los investigadores deben superar antes de que Firefly esté operativo. Una vez que la señal llega al objetivo, debe ingresar sin problemas al cable de fibra óptica. También es importante controlar y gestionar el sistema de distribución de datos en un entorno sin cables.

"Estamos tratando de encontrar algo reconfigurable usando luz en lugar de ondas milimétricas (radiofrecuencia), ", dijo Kavehrad." Necesitamos evitar el aprovisionamiento excesivo y proporcionar la capacidad suficiente para hacer la interconexión con un mínimo de conmutadores. Nos gustaría deshacernos de la fibra óptica por completo ".