Com a crescente popularização de datacenters e outros aplicativos de interconexão que exigem muita largura de banda, o atual crescimento da largura de banda das redes ópticas de curta distância exige velocidades de transmissão de dados de mais de 100 Gb / s, apelando para o desenvolvimento de eficiência energética, links ópticos multicanais com taxas de transferência de dados rápidas.

Com base na tecnologia de semicondutor de óxido de metal complementar (COMS) - um padrão de baixo custo, técnica de fabricação de chips de alto volume usada para a maioria dos processadores e chips hoje - um grupo de pesquisadores da IBM Research em Zurique, Suíça, juntamente com um consórcio que trabalha no âmbito do projeto financiado pela UE "ADDAPT, "demonstraram um novo receptor óptico (RX) que pode atingir uma largura de banda agregada de 160 Gb / s por meio de quatro fibras ópticas. Esta não é apenas a velocidade de transmissão de dados mais rápida até hoje, mas o receptor óptico recém-desenvolvido também apresenta a funcionalidade de ligar / desligar do link e pode acordar e atingir o bloqueio de fase em oito nanossegundos, o menor tempo de troca registrado. Eles apresentarão sua inovação no OFC 2018, 11-15 de março, San Diego, Califórnia.

De acordo com os pesquisadores, o recurso de ligar / desligar rápido aumentará a utilização do link e reduzirá muito o consumo de energia em um chip ou em um sistema de interconexão óptica. Ao contrário de muitos transceptores ópticos comerciais que estão sempre ligados, independentemente da atividade de transmissão, o poder aqui só seria usado quando os pacotes de dados são transmitidos através do link óptico. O novo design, embalado com uma matriz de fotodiodo de 850 nanômetros, visa links ópticos baseados em VCSEL de baixo custo para interconexões de datacenter.

"Este é o primeiro receptor óptico que combina taxa de transmissão de dados em alta velocidade e funcionalidade de ligar e desligar rápido, ao mesmo tempo em que fica extremamente baixo no estado de 'ligado' (cerca de 88 miliwatts), "disse Alessandro Cevrero, o autor principal do artigo e um cientista do IBM Research Lab, Suíça. Hoje, a utilização do link em datacenters é inferior a dez por cento para 99 por cento dos links. Isso significa que apenas dez por cento do tempo de trabalho dos links é realmente usado para transmitir dados do usuário, enquanto o resto do tempo é perdido enviando pacotes de dados ociosos com informações ausentes. Para melhorar a eficiência energética no sistema de interconexão óptica, os pesquisadores desenvolveram a funcionalidade rápida liga / desliga para o receptor, para que os links possam ser desligados durante o tempo ocioso e ligados novamente quando os dados estiverem prontos para serem transmitidos.

"Nosso design, pela primeira vez, permite a ativação / desativação de um link óptico por pacote, "Cevrero disse. O tempo de ativação é de apenas oito nanossegundos, que é mais curto do que a duração média de um pacote de dados individual em um protocolo de rede típico transmitido a uma velocidade de 160 Gb / s. "Houve tentativas científicas anteriores de desligar os links quando não havia dados, no entanto, a escala de tempo para ligar e desligar o link era ordens de magnitude maior do que a de um pacote de dados individual. Para conseguir uma inicialização mais curta, tempo em uma velocidade de transmissão de dados muito alta é o principal desafio. "

Para endereçar isto, A equipe de Cevrero projetou um receptor óptico com quatro canais idênticos associados a um protocolo de link proposto. O protocolo de link é equipado com circuitos analógicos inteligentes auto-desenvolvidos que podem alinhar rapidamente o relógio do receptor com a chegada dos dados de entrada, e detecta as sequências de sinais ópticos para ligar e desligar rapidamente o sistema de link.

Os pesquisadores então testaram o receptor a 40 Gb / s de segundo com um transmissor de referência que consiste em um modulador Mach-Zehnder de 850 nanômetros seguido por um atenuador óptico variável. Eles também realizaram experimentos de ligar / desligar gerando um sinal óptico implementando o protocolo de enlace proposto. Como resultado, eles observaram o ciclo de energia correto em um ciclo de energia 109, e que o receptor opera sem erros a 40 Gb / s segundo, rendendo largura de banda agregada de 160 Gb / s em fibras multimodo. Os dados experimentais também mostraram que a utilização de dez por cento do link corresponde a 85 por cento de economia de energia no receptor.

Cevrero observou que melhorar a eficiência energética dos links ópticos permite que os cientistas construam significativamente mais rápido, sistemas de computador de alto desempenho, já que pode-se "empinar" uma largura de banda maior no mesmo orçamento térmico do pacote. A economia no consumo de energia também ajuda a reduzir a emissão de dióxido de carbono da rede óptica, levando a sistemas de comunicação óptica mais verdes.

O próximo passo dos pesquisadores, Cevrero disse, é validar um sistema de interconexão óptica completo medindo o transmissor óptico, bem como para aumentar a velocidade de transmissão de dados no lado do receptor para 56 Gb / s por canal.