Con la creciente popularización de los centros de datos y otras aplicaciones de interconexión hambrientas de ancho de banda, El crecimiento actual del ancho de banda de las redes ópticas de corta distancia exige velocidades de transmisión de datos de más de 100 Gb / s, pidiendo el desarrollo de la eficiencia energética, enlaces ópticos multicanal con velocidades de transferencia de datos rápidas.

Basado en tecnología complementaria de semiconductores de óxido de metal (COMS), un estándar de bajo costo, técnica de fabricación de chips de gran volumen utilizada para la mayoría de los procesadores y chips en la actualidad:un grupo de investigadores de IBM Research en Zurich, Suiza, junto con un consorcio que trabaja en el marco del proyecto financiado por la UE "ADDAPT, "han demostrado un nuevo receptor óptico (RX) que puede alcanzar un ancho de banda agregado de 160 Gb / sa través de cuatro fibras ópticas. Esta no es solo la velocidad de transmisión de datos más rápida hasta la fecha, pero el receptor óptico recientemente desarrollado también presenta la funcionalidad de encendido / apagado del enlace y puede activarse y lograr el bloqueo de fase en ocho nanosegundos, el tiempo de cambio más corto registrado. Presentarán su innovación en OFC 2018, 11-15 de marzo San Diego, California.

Según los investigadores, la función de encendido / apagado rápido mejorará la utilización del enlace y reducirá en gran medida el consumo de energía en un chip o en un sistema de interconexión óptica. A diferencia de muchos transceptores ópticos comerciales que siempre están encendidos independientemente de la actividad de transmisión, la potencia aquí solo se usaría cuando los paquetes de datos se transmiten a través del enlace óptico. El diseño novedoso, empaquetado con una matriz de fotodiodos de 850 nanómetros, apunta a enlaces ópticos basados ​​en VCSEL de bajo costo para interconexiones de centros de datos.

"Este es el primer receptor óptico que combina una velocidad de transmisión de datos de alta velocidad y una función de encendido y apagado rápido, mientras que es extremadamente bajo en el estado de 'encendido' (alrededor de 88 miliwatts), "dijo Alessandro Cevrero, el autor principal del artículo y científico de IBM Research Lab, Suiza. Hoy dia, La utilización de enlaces en los centros de datos es inferior al diez por ciento para el 99 por ciento de los enlaces. Esto significa que solo el diez por ciento del tiempo de trabajo de los enlaces se utiliza realmente para transmitir datos de usuario, mientras que el resto del tiempo se pierde enviando paquetes de datos inactivos con la información que falta. Para mejorar la eficiencia energética en el sistema de interconexión óptica, los investigadores desarrollaron la función de encendido / apagado rápido para el receptor, para que los enlaces puedan apagarse durante el tiempo de inactividad y volver a encenderse cuando los datos estén listos para ser transmitidos.

"Nuestro diseño, por primera vez, permite el encendido / apagado de un enlace óptico por paquete, ", Dijo Cevrero. El tiempo de encendido es de solo ocho nanosegundos, que es más corto que el tiempo promedio para un paquete de datos individual en un protocolo de red típico transmitido a una velocidad de 160 Gb / s. "Hubo intentos científicos anteriores de desactivar los enlaces cuando no hay datos, sin embargo, la escala de tiempo para encender y apagar el enlace era órdenes de magnitud mayor que la de un paquete de datos individual. Para lograr un encendido más corto, tiempo a una velocidad de transmisión de datos muy alta es el desafío clave ".

Para abordar esto, El equipo de Cevrero diseñó un receptor óptico con cuatro canales idénticos asociados con un protocolo de enlace propuesto. El protocolo de enlace está equipado con circuitos analógicos inteligentes de desarrollo propio que pueden alinear rápidamente el reloj del receptor con la llegada de los datos entrantes. y detecta las secuencias de señales ópticas para encender y apagar rápidamente el sistema de enlace.

Luego, los investigadores probaron el receptor a 40 Gb / s por segundo con un transmisor de referencia que consta de un modulador Mach-Zehnder de 850 nanómetros seguido de un atenuador óptico variable. También realizaron experimentos de encendido / apagado generando una señal óptica implementando el protocolo de enlace propuesto. Como resultado, observaron ciclos de potencia correctos en un ciclo de 109 potencias, y que el receptor funciona sin errores a 40 Gb / s por segundo, lo que produce un ancho de banda agregado de 160 Gb / s sobre fibras multimodo. Los datos experimentales también mostraron que la utilización del enlace del diez por ciento corresponde a un ahorro de energía del 85 por ciento en el receptor.

Cevrero señaló que la mejora de la eficiencia energética de los enlaces ópticos permite a los científicos construir significativamente más rápido, sistemas informáticos de mayor rendimiento, ya que se puede "meter" un mayor ancho de banda en el mismo presupuesto térmico del paquete. El ahorro en el consumo de energía también ayuda a reducir la emisión de dióxido de carbono de la red óptica, conduciendo a sistemas de comunicación óptica más ecológicos.

El siguiente paso de los investigadores, Cevrero dijo, es validar un sistema de interconexión óptica completo midiendo el transmisor óptico, así como aumentar la velocidad de transmisión de datos en el lado del receptor a 56 Gb / s por canal.