Avec la popularisation croissante des centres de données et d'autres applications d'interconnexion gourmandes en bande passante, la croissance actuelle de la bande passante des réseaux optiques à courte distance exige des vitesses de transmission de données de plus de 100 Gb/s, appelant au développement de l'efficacité énergétique, liaisons optiques multicanaux avec des taux de transfert de données rapides.

Basé sur la technologie complémentaire métal-oxyde-semiconducteur (COMS)—un standard à faible coût, technique de fabrication de puces à haut volume utilisée pour la plupart des processeurs et puces aujourd'hui - un groupe de chercheurs d'IBM Research à Zurich, La Suisse, en collaboration avec un consortium travaillant dans le cadre du projet financé par l'UE "ADDAPT, " ont démontré un nouveau récepteur optique (RX) qui peut atteindre une bande passante globale de 160 Gb/s à travers quatre fibres optiques. Ce n'est pas seulement la vitesse de transmission de données la plus rapide à ce jour, mais le récepteur optique nouvellement développé dispose également de la fonctionnalité de mise sous/hors tension du lien et peut se réveiller et réaliser un verrouillage de phase en huit nanosecondes, le temps de commutation le plus court jamais enregistré. Ils présenteront leur innovation à l'OFC 2018, 11-15 mars, San Diego, Californie.

Selon les chercheurs, la fonction de mise sous/hors tension rapide améliorera l'utilisation de la liaison et réduira considérablement la consommation d'énergie sur une puce ou dans un système d'interconnexion optique. Contrairement à de nombreux émetteurs-récepteurs optiques commerciaux qui sont toujours sous tension quelle que soit l'activité de transmission, la puissance ici ne serait utilisée que lorsque les paquets de données sont transmis via la liaison optique. La conception de roman, emballé avec un réseau de photodiodes de 850 nanomètres, cible les liaisons optiques à faible coût basées sur VCSEL pour les interconnexions de centres de données.

"Il s'agit du premier récepteur optique qui combine un taux de transmission de données à grande vitesse et une fonctionnalité de mise sous tension et hors tension rapide tout en étant extrêmement bas dans l'état" sous tension " (environ 88 miliwatts), " dit Alessandro Cevrero, l'auteur principal de l'article et un scientifique d'IBM Research Lab, La Suisse. Aujourd'hui, l'utilisation des liens dans les centres de données est inférieure à dix pour cent pour 99 pour cent des liens. Cela signifie que seulement dix pour cent du temps de travail des liens est réellement utilisé pour transmettre des données utilisateur, tandis que le reste du temps est gaspillé en envoyant des paquets de données inactifs qui manquent d'informations. Pour améliorer l'efficacité énergétique dans le système d'interconnexion optique, les chercheurs ont développé la fonctionnalité marche/arrêt rapide pour le récepteur, afin que les liens puissent être mis hors tension pendant le temps d'inactivité et remis sous tension lorsque les données sont prêtes à être transmises.

"Notre conception, pour la première fois, permet la commutation marche/arrêt et la liaison optique paquet par paquet, " a déclaré Cevrero. Le temps d'allumage n'est que de huit nanosecondes, qui est plus courte que la durée moyenne d'un paquet de données individuel dans un protocole réseau typique transmis à une vitesse de 160 Gb/s. "Il y a eu des tentatives scientifiques précédentes pour désactiver les liens quand il n'y a pas de données, cependant, le délai d'activation et de désactivation de la liaison était de plusieurs ordres de grandeur plus long que celui d'un paquet de données individuel. Pour obtenir une mise sous tension plus courte, temps à une vitesse de transmission de données très élevée est le principal défi."

Pour remédier à ce, L'équipe de Cevrero a conçu un récepteur optique avec quatre canaux identiques associés à un protocole de liaison proposé. Le protocole de liaison est équipé de circuits analogiques intelligents auto-développés qui peuvent aligner rapidement l'horloge du récepteur avec l'arrivée des données entrantes, et détecte les séquences de signaux optiques pour activer et désactiver rapidement le système de liaison.

Les chercheurs ont ensuite testé le récepteur à 40 Gb/s seconde avec un émetteur de référence composé d'un modulateur Mach-Zehnder de 850 nanomètres suivi d'un atténuateur optique variable. Ils ont également effectué des expériences de mise sous/hors tension en générant un signal optique mettant en œuvre le protocole de liaison proposé. Par conséquent, ils ont observé un cycle d'alimentation correct sur un cycle d'alimentation 109, et que le récepteur fonctionne sans erreur à 40 Gb/s seconde, ce qui donne une bande passante agrégée de 160 Gb/s sur des fibres multimodes. Les données expérimentales ont également montré qu'une utilisation de la liaison de dix pour cent correspond à une économie d'énergie de 85 pour cent sur le récepteur.

Cevrero a noté que l'amélioration de l'efficacité énergétique des liaisons optiques permet aux scientifiques de construire beaucoup plus rapidement, des systèmes informatiques plus performants, puisqu'on peut « caser » une bande passante plus élevée dans le même budget thermique du boîtier. L'économie d'énergie permet également de réduire les émissions de dioxyde de carbone du réseau optique, conduisant à des systèmes de communication optique plus écologiques.

La prochaine étape des chercheurs, Cevrero a dit, est de valider un système d'interconnexion optique complet en mesurant l'émetteur optique, ainsi que d'augmenter la vitesse de transmission des données côté récepteur à 56 Gb/s par canal.