Datacenter är den centrala punkten för många, om inte de flesta, informationssystem idag, men massorna av trådar som kopplar ihop servrarna och staplade högt på rack börjar likna förra årets trassliga katastrof med julgranljus. Nu föreslår ett team av ingenjörer att eliminera de flesta ledningarna och ersätta kommunikation med infrarött ledigt utrymme.

"Vi och andra försökte radiofrekvenssignalering, men strålarna blir breda över korta sträckor, "sa Mohsen Kavehrad, W. L. Weiss ordförande professor i elektroteknik, Penn State. "Byggnaderna kan vara en mil långa och varje rack bör kunna kommunicera."

I ett experiment som gjorts av Microsofts ingenjörer, forskare fann att radiofrekvenssignalering resulterade i hög störning, begränsade aktiva länkar och begränsad genomströmning - mängden data som kan gå igenom ett system.

"Vi använder en ledig optisk länk, "Kavehrad berättade för deltagarna idag (31 januari) på Photonics West 2017 i San Francisco." Den använder ett mycket billigt objektiv, vi får en mycket smal infraröd stråle med noll störningar och ingen gräns för antalet anslutningar med hög genomströmning. "

Det lediga optiska Inter-Rack-nätverket med hög FLexibilitets- eller Firefly-arkitektur är ett gemensamt projekt av Penn State, Stony Brook University och Carnegie Mellon University. Det skulle använda infraröda lasrar och mottagare monterade ovanpå datacenterhyllor för att överföra information. Lasermodulerna kan snabbt omkonfigureras för att skaffa ett mål på vilket rack som helst. Mänsklig störning är minimal eftersom racken är mer än 6,5 fot höga så att de flesta arbetare kan gå mellan raderna utan att bryta laserstrålarna.

Enligt Kavehrad, datacenter kan rymma 400, 000 servrar på rack fyller ett mil långt rum. Datacenter bygger vanligtvis för topptrafik, vilket innebär att för det mesta är cirka 30 procent av servrarna offline. Dock, eftersom de fortfarande är igång, de fortsätter att skapa värme och behöver kylas. Kavehrad uppskattar att 2020 datacenter kommer att använda totalt 140 miljarder kilowatt el per timme, eller motsvarande el för 13 miljarder dollar i dagens takt - produktionen av 50 kraftverk.

Medan fiberoptisk kablage och energiförbrukning för inaktiva servrar är problem, genomströmning är mer kritisk. När hundratals kablar går samman till några få, de dataöverföringsflaskhalsar som resulterar i minskar hastigheten med vilken datacenteret kan leverera information. En flexibel, konfigurerbart system kan minska flaskhalsar och till och med antalet servrar som behövs.

Forskarna har designat Firefly -arkitekturen, men det är ännu inte genomfört. De har skapat en förenklad, proof-of-concept-system för att visa att deras infraröda laser kan bära signalen och rikta mottagaren. De sänder våglängdsdelning multiplexerad-flera signaler som skickas av olika färgade ljus-dubbelriktade dataströmmar som var och en bär data med en överföringshastighet på 10 Gigabit per sekund från en Bit Error Rate (BER) testuppsättning. BER -tester bestämmer antalet fel i en signal orsakad av störningar, ljud, störningar eller synkroniseringsproblem.

Beviset för konceptuppsättning har den dubbelriktade signalvåglängdsindelningen multiplexerad med en envägs kabel-tv-signal. Den totala dataströmmen går från fiberoptisk kabel till den infraröda lasern, tvärs över rummet till mottagaren och visar resultaten på en TV och BER -testsetet. En hand som bryter laserstrålen stänger av systemet, men när handen tas bort, signalen återfås snabbt.

Systemet använder MEM - mikroelektromekaniska system - med små speglar för snabb inriktning och omkonfigurering, Sa Kavehrad. Dessa MEM använder små mängder el från fyra riktningar för att flytta spegeln som riktar sig till mottagaren. Speglarnas rörelse är så liten att det inte går att upptäcka, men datorprogrammet lokaliserar snabbt mottagaren och begränsar sedan målet för att hitta noggrannhet. Laserstrålen kan också snabbt flyttas för att rikta in sig på en annan mottagare.

Noggrann inriktning och sändning av en signal via infraröd laser är bara två av de hinder forskarna behöver klara innan Firefly är i drift. När signalen väl kommer till målet måste den sömlöst gå in i den fiberoptiska kabeln. Det är också viktigt att kontrollera och hantera datadistributionssystemet i en oönskad miljö.

"Vi försöker hitta på något omkonfigurerbart med hjälp av ljus istället för millimetervågor (radiofrekvens), "sa Kavehrad." Vi måste undvika överprovisionering och tillhandahålla tillräcklig kapacitet för att göra sammankopplingen med minimala omkopplare. Vi skulle vilja bli av med fiberoptiken helt och hållet. "