Deux dispositifs microélectromécaniques différents contenant des micro-miroirs utilisés pour positionner un faisceau laser infrarouge pour cibler un récepteur et envoyer des informations. Crédit :Patrick Mansell, État de Pennsylvanie
Les centres de données sont le point central de nombreux, sinon la plupart, systèmes d'information aujourd'hui, mais les masses de fils interconnectant les serveurs et empilés sur des racks commencent à ressembler au désastre des lumières de Noël enchevêtrées de l'année dernière. Maintenant, une équipe d'ingénieurs propose d'éliminer la plupart des fils et de substituer l'optique infrarouge en espace libre pour les communications.
"Nous et d'autres avons essayé la signalisation par radiofréquence, mais les faisceaux s'élargissent sur de courtes distances, " a déclaré Mohsen Kavehrad, Chaire W. L. Weiss Professeur de génie électrique, État de Penn. "Les bâtiments pourraient faire un kilomètre de long et chaque rack devrait pouvoir communiquer."
Dans une expérience menée par des ingénieurs de Microsoft, les chercheurs ont découvert que la signalisation par radiofréquence entraînait de fortes interférences, liens actifs limités et débit limité - la quantité de données pouvant transiter par un système.
"Nous utilisons une liaison optique en espace libre, " Kavehrad a déclaré aux participants aujourd'hui (31 janvier) à Photonics West 2017 à San Francisco. " Il utilise un objectif très bon marché, nous obtenons un faisceau infrarouge très étroit avec zéro interférence et aucune limite au nombre de connexions à haut débit."
Le réseau optique inter-racks en espace libre avec une architecture à haute flexibilité (ou Firefly) est un projet conjoint de Penn State, Université Stony Brook et Université Carnegie Mellon. Il utiliserait des lasers infrarouges et des récepteurs montés sur les racks des centres de données pour transmettre des informations. Les modules laser sont rapidement reconfigurables pour acquérir une cible sur n'importe quel rack. L'interférence humaine est minime car les racks mesurent plus de 6,5 pieds de haut, de sorte que la plupart des travailleurs peuvent marcher entre les rangées de racks sans casser les faisceaux laser.
Le récepteur capte le signal infrarouge et le dirige vers le câble à fibre optique qui envoie l'information à sa destination finale. Crédit :Patrick Mansell, État de Pennsylvanie
Selon Kavehrad, les centres de données peuvent en héberger 400, 000 serveurs sur racks remplissant une salle d'un kilomètre de long. Les centres de données sont généralement conçus pour les pics de trafic, ce qui signifie que la plupart du temps, environ 30 % des serveurs sont hors ligne. Cependant, car ils sont toujours allumés, ils continuent à produire de la chaleur et ont besoin d'être refroidis. Kavehrad estime que d'ici 2020, les centres de données utiliseront au total 140 milliards de kilowatts d'électricité par heure, ou l'équivalent de 13 milliards de dollars d'électricité au taux d'aujourd'hui—la production de 50 centrales électriques.
Alors que le câblage à fibre optique et les dépenses énergétiques pour les serveurs inactifs sont des problèmes, le débit est plus critique. Lorsque des centaines de câbles fusionnent en quelques-uns, les goulots d'étranglement de transfert de données qui en résultent réduisent la vitesse à laquelle le centre de données peut fournir des informations. Une souplesse, système configurable peut réduire les goulots d'étranglement et même le nombre de serveurs nécessaires.
Les chercheurs ont conçu l'architecture Firefly, mais il n'est pas encore mis en œuvre. Ils ont créé un système simplifié, système de preuve de concept pour montrer que leur laser infrarouge peut transporter le signal et cibler le récepteur. Ils transmettent des signaux multiplexés par répartition en longueur d'onde - plusieurs signaux envoyés par des lumières de différentes couleurs - des flux de données bidirectionnels transportant chacun des données à un taux de transmission de 10 gigabits par seconde à partir d'un ensemble de test de taux d'erreur sur les bits (BER). Le test BER détermine le nombre d'erreurs dans un signal causées par des interférences, bruit, problèmes de distorsion ou de synchronisation.
La configuration de la preuve de concept a la division de longueur d'onde du signal bidirectionnel multiplexé avec un signal de télévision par câble unidirectionnel. Le flux de données total va du câble à fibre optique au laser infrarouge, à travers la pièce jusqu'au récepteur et affiche les résultats sur un téléviseur et l'ensemble de test BER. Une main qui brise le faisceau laser éteint le système, mais quand la main est retirée, le signal est rapidement récupéré.
Un faisceau laser infrarouge pénètre dans le récepteur du système de signalisation. Crédit :Patrick Mansell, État de Pennsylvanie
Le système utilise des MEM (systèmes microélectromécaniques) avec de minuscules miroirs pour un ciblage et une reconfiguration rapides, dit Kavehrad. Ces MEM utilisent de minuscules quantités d'électricité provenant de quatre directions pour repositionner le miroir qui cible le récepteur. Le mouvement des miroirs est si petit qu'il est indétectable, mais le programme informatique localise rapidement le récepteur et rétrécit ensuite la cible pour une précision précise. Le faisceau laser peut également être déplacé rapidement pour cibler un autre récepteur.
Le ciblage précis et l'envoi d'un signal via un laser infrarouge ne sont que deux des obstacles que les chercheurs doivent franchir avant que Firefly ne soit opérationnel. Une fois que le signal arrive à la cible, il doit entrer de manière transparente dans le câble à fibre optique. Le contrôle et la gestion du système de distribution de données dans un environnement non câblé sont également importants.
"Nous essayons de proposer quelque chose de reconfigurable en utilisant la lumière au lieu d'ondes millimétriques (radiofréquence), " a déclaré Kavehrad. " Nous devons éviter le surprovisionnement et fournir une capacité suffisante pour effectuer l'interconnexion avec un minimum de commutateurs. Nous aimerions nous débarrasser complètement de la fibre optique."
