Med den ökande populariseringen av datacenter och andra bandbredds hungriga sammankopplingsapplikationer, dagens tillväxt i bandbredd för optiska kortdistansnät kräver dataöverföringshastigheter på mer än 100 Gb/s, kräver utveckling av energieffektiva, flerkanaliga optiska länkar med snabba dataöverföringshastigheter.

Baserat på komplementär metalloxid-halvledarteknik (COMS)-en standard låg kostnad, hög volym chipstillverkningsteknik som används för de flesta processorer och chips idag-en grupp forskare från IBM Research i Zürich, Schweiz, tillsammans med ett konsortium som arbetar under det EU-finansierade projektet "ADDAPT, "har visat en ny optisk mottagare (RX) som kan uppnå en sammanlagd bandbredd på 160 Gb/s genom fyra optiska fibrer. Detta är inte bara den snabbaste dataöverföringshastigheten hittills, men den nyutvecklade optiska mottagaren har också länkens på/av-funktion och kan vakna och uppnå faslås på åtta nanosekunder, den kortaste omkopplingstiden i rekord. De kommer att presentera sin innovation på OFC 2018, 11-15 mars, San Diego, Kalifornien.

Enligt forskarna, den snabba på/av-funktionen kommer att förbättra länkens utnyttjande och kraftigt minska energiförbrukningen på ett chip eller i ett optiskt sammankopplingssystem. Till skillnad från många kommersiella optiska sändtagare som alltid slås på oavsett överföringsaktivitet, kraften här skulle bara användas när datapaket överförs via den optiska länken. Den nya designen, förpackad med en 850-nanometer fotodiodmatris, riktar sig till billiga VCSEL-baserade optiska länkar för datacenter-anslutningar.

"Detta är den första optiska en mottagare som kombinerar höghastighetsdataöverföringshastighet och snabb på- och avstängningsfunktion samtidigt som den är extremt låg lägre i" power-on "-läget (cirka 88 miliwatt), "sa Alessandro Cevrero, huvudförfattaren till uppsatsen och en forskare från IBM Research Lab, Schweiz. I dag, länkutnyttjandet i datacenter är mindre än tio procent för 99 procent av länkarna. Det betyder att bara tio procent av länkarnas arbetstid faktiskt används för att överföra användardata, medan resten av tiden går till spillo genom att skicka inaktuella datapaket som saknar information. För att förbättra energieffektiviteten i optiskt sammankopplingssystem, forskarna utvecklade den snabba på/av -funktionen för mottagaren, så att länkar kan stängas av under inaktiv tid och startas igen när data är redo att överföras.

"Vår design, för första gången, möjliggör på/av-omkoppling av och optisk länk per paket, "Sa Cevrero. Starttiden är bara åtta nanosekunder, vilket är kortare än den genomsnittliga tidslängden för ett enskilt datapaket i ett typiskt nätverksprotokoll som överförs med en hastighet av 160 Gb/s. "Det fanns tidigare vetenskapliga försök att stänga av länkarna när det inte finns några data, tidsperioden för att slå på och av länken var dock storleksordningar längre än för ett enskilt datapaket. För att uppnå kortare start, tid med en mycket hög dataöverföringshastighet är nyckelutmaningen. "

För att ta itu med detta, Cevreros team utformade en optisk mottagare med fyra identiska kanaler associerade med ett föreslaget länkprotokoll. Länkprotokollet är utrustat med egenutvecklade smarta analoga kretsar som snabbt kan anpassa mottagarens klocka till inkommande data, och detekterar de optiska signalsekvenserna för att snabbt slå på och av kopplingssystemet.

Forskarna testade sedan mottagaren vid 40 Gb/s sekund med en referenssändare bestående av en 850-nanometer Mach-Zehnder-modulator följt av en variabel optisk dämpare. De utförde också ström på/av experiment genom att generera en optisk signal som implementerar det föreslagna länkprotokollet. Som ett resultat, de observerade korrekt effektcykling över en 109 -cykel, och att mottagaren arbetar felfritt vid 40 Gb/s sekund och ger 160 Gb/s aggregerad bandbredd över multimodfibrer. Experimentella data visade också att tio procent länkutnyttjande motsvarar 85 procent energibesparing på mottagaren.

Cevrero noterade att förbättrad energieffektivitet hos optiska länkar gör det möjligt för forskare att bygga betydligt snabbare, datasystem med högre prestanda, eftersom man kan "klämma" högre bandbredd i samma termiska budget för paketet. Att spara på energiförbrukningen bidrar också till att minska koldioxidutsläppen från det optiska nätverket, som leder till grönare optiska kommunikationssystem.

Forskarnas nästa steg, Cevrero sa, är att validera ett komplett optiskt sammankopplingssystem genom att mäta den optiska sändaren, samt att öka dataöverföringshastigheten på mottagarsidan till 56 Gb/s per kanal.