Os data centers são o ponto central de muitos, se não a maioria, sistemas de informação hoje, mas as massas de fios interconectando os servidores e empilhados em racks começam a se parecer com o desastre das luzes da árvore de Natal do ano passado. Agora, uma equipe de engenheiros está propondo eliminar a maioria dos fios e substituir a óptica infravermelha de espaço livre nas comunicações.

"Nós e outros tentamos sinalização de radiofrequência, mas os feixes tornam-se largos em distâncias curtas, "disse Mohsen Kavehrad, W. L. Weiss Professor Catedrático de Engenharia Elétrica, Estado de Penn. "Os prédios podem ter uma milha de comprimento e cada rack deve ser capaz de se comunicar."

Em um experimento conduzido por engenheiros da Microsoft, pesquisadores descobriram que a sinalização de radiofrequência resultou em alta interferência, links ativos limitados e throughput limitado - a quantidade de dados que podem passar por um sistema.

“Usamos um link óptico de espaço livre, "Kavehrad disse aos participantes hoje (31 de janeiro) na Photonics West 2017 em San Francisco." Ela usa uma lente muito barata, obtemos um feixe infravermelho muito estreito com interferência zero e sem limite para o número de conexões com alto rendimento. "

A rede óptica de espaço livre Inter-Rack com arquitetura de alta FLexibilidade - ou Firefly - é um projeto conjunto da Penn State, Stony Brook University e Carnegie Mellon University. Ele usaria lasers infravermelhos e receptores montados no topo dos racks do data center para transmitir informações. Os módulos de laser são rapidamente reconfiguráveis ​​para obter um alvo em qualquer rack. A interferência humana é mínima porque os racks têm mais de 2 metros de altura, de modo que a maioria dos trabalhadores pode caminhar entre as fileiras de racks sem quebrar os feixes de laser.

De acordo com Kavehrad, os data centers podem abrigar 400, 000 servidores em racks que ocupam uma sala com quilômetros de extensão. Os data centers normalmente são construídos para o tráfego de pico, o que significa que na maioria das vezes cerca de 30% dos servidores estão offline. Contudo, porque eles ainda estão ligados, eles continuam a criar calor e precisam de resfriamento. Kavehrad estima que até 2020, os data centers usarão um total de 140 bilhões de quilowatts de eletricidade por hora, ou o equivalente a US $ 13 bilhões em eletricidade na taxa de hoje - a produção de 50 usinas de energia.

Embora o cabeamento de fibra óptica e o gasto de energia para servidores ociosos sejam problemas, o rendimento é mais crítico. Quando centenas de cabos se fundem em alguns, os gargalos de transferência de dados resultantes reduzem a velocidade na qual o data center pode fornecer informações. Um flexível, O sistema configurável pode reduzir gargalos e até mesmo o número de servidores necessários.

Os pesquisadores projetaram a arquitetura Firefly, mas ainda não foi implementado. Eles criaram um simplificado, sistema de prova de conceito para mostrar que seu laser infravermelho pode transportar o sinal e direcionar o receptor. Eles estão transmitindo multiplexados por divisão de comprimento de onda - vários sinais enviados por luzes coloridas diferentes - fluxos de dados bidirecionais, cada um transportando dados a uma taxa de transmissão de 10 Gigabits por segundo de um conjunto de teste de Bit Error Rate (BER). O teste de BER determina o número de erros em um sinal causado por interferência, barulho, problemas de distorção ou sincronização.

A configuração de prova de conceito tem a divisão de comprimento de onda de sinal bidirecional multiplexada com um sinal de televisão a cabo unilateral. O fluxo total de dados vai do cabo de fibra ótica ao laser infravermelho, através da sala para o receptor e mostra os resultados em uma TV e o conjunto de teste de BER. Uma mão quebrando o feixe de laser desliga o sistema, mas quando a mão é removida, o sinal é readquirido rapidamente.

O sistema usa MEMs - sistemas microeletromecânicos - com pequenos espelhos para direcionamento rápido e reconfiguração, Kavehrad disse. Esses MEMs usam pequenas quantidades de eletricidade de quatro direções para reposicionar o espelho que tem como alvo o receptor. O movimento dos espelhos é tão pequeno que é indetectável, mas o programa de computador localiza rapidamente o receptor e, em seguida, estreita o alvo para determinar a precisão. O feixe de laser também pode ser movido rapidamente para atingir um receptor diferente.

Direcionar e enviar um sinal com precisão via laser infravermelho são apenas dois dos obstáculos que os pesquisadores precisam superar antes que o Firefly esteja operacional. Uma vez que o sinal chega ao alvo, ele deve entrar perfeitamente no cabo de fibra óptica. Controlar e gerenciar o sistema de distribuição de dados em um ambiente sem fio também é importante.

"Estamos tentando chegar a algo reconfigurável usando luz em vez de ondas milimétricas (frequência de rádio), "disse Kavehrad." Precisamos evitar o provisionamento excessivo e fornecer capacidade suficiente para fazer a interconexão com o mínimo de switches. Gostaríamos de nos livrar totalmente da fibra óptica. "