Tack vare IBM -forskare att byta koppartrådar med ljus för att överföra data vid förbättrade hastigheter och med optimal energieffektivitet är inom räckhåll.

Vid den senaste 2017 års Symposia om VSLI -teknik och kretsar i Kyoto Japan, IBM-forskare presenterade sitt banbrytande arbete med en i dyra optikmottagare på 60 Gigabit per sekund (Gb/s).

Med lägre effektimplementering, denna optiska mottagare ger ett nytt paradigm för sammankopplingsteknik och har potential att ersätta 56 Gb/s kopparanslutningar. Dessutom, en matchande optisk sändare förväntas följa någon gång nästa år. De två enheterna kompletterar varandra för att bilda en komplett optisk mottagare inbyggd i CMOS (komplementär metalloxid-halvledare) och lovar att vara mer kostnadseffektiva än vanliga kopparanslutningar.

IBM elingenjör, Alessandro Cevrero, berättar mer om utvecklingen av denna billiga optiska mottagare i denna korta intervju.

Så vad utvecklar du exakt?

Alessandro Cevrero (AC):För att vara exakt, vi utvecklar en enfilig 60-Gigabit per sekund optisk mottagare med icke-återgång till noll (NRZ) signalering, inriktning på billiga länkar med flera lägen för vertikal kavitet, ytemitterande laser (VCSEL). Designad i 14-nanometer CMOS finFET (finfält-effekt-transistor), mottagaren har låg effektimplementering med hög jittertolerans aktiverad av digital klocka och dataåterställning.

Kan du förklara i ett nötskal vad denna nya teknik innebär?

(AC):I grund och botten, vi kommer att kunna ersätta elektriska länkar i den korta anslutningen från processor till processor, processor-till-minne, från låda till låda inuti ett rack och från ett rack till en nivå 1-switch i ett datacenter.

Vad är fördelen med det?

(AC):Faktiskt, det är ganska revolutionerande för från och med nu kommer alla sammankopplingar över 1m att så småningom konverteras från elektriska till optiska, vilket inte bara är mer energieffektivt, det ger också mycket mer bandbredd. Till skillnad från optiska länkar, elektriska länkar kräver komplex utjämning för höga datavolymer och därför förbruka mer ström. Vår teknik slår konkurrenterna eftersom dess strömförbrukning är mycket lägre – 120 milliwatt (mW) för mottagaren och så småningom 300 milliwatt (mW) för hela transceivern. Vad mer, kabellängden för vår optiska lösning sträcker sig upp till 100 meter – en enorm skillnad mot det begränsade utbudet av två meter elektriska länkar.

Kan du förklara CMOS -munstycksfunktionen?

(AC):Implementering av hela 60 Gb/s-mottagaren på en liten CMOS-matris, fördubblar överföringshastigheten, i huvudsak halvera kostnaden per Gigabit per sekund. I grund och botten, vårt arbete visar att en CMOS kan uppnå god optisk känslighet vid datahastigheter över 32 Gb/s vid mycket lägre strömförbrukning än en SiGe -lösning, till exempel. Denna banbrytande CMOS-fotonikteknik möjliggör närmare närhet till processorn eller switch-chipet, som ger överlägsen känslighet (-9 decibel-milliwatt), möjliggör anslutning med hög bandbredd och är idealisk för de höga genomströmningskraven för molndatorer.

Hur svårt är det att få bort det här? Några större utmaningar?

(AC):Eftersom signalen till mottagaren är ganska svag, den största utmaningen är att förstärka signalen utan att förstöra informationen. För att klara av detta, vi måste se till att vi kan överföra data på ett tillförlitligt sätt. Detta kräver att uppnå en bitfelgrad (BER) på 10 -12, vilket i huvudsak betyder att vid överföring av 1012 bitar, bara en kan vara felaktig. På denna nivå, vi skulle kunna distribuera våra mottagare i ett riktigt datacenter.

Vilka är nästa steg för din forskning?

(AC):Vi arbetar för närvarande med en prototyp som är över 70 GB/s. Vi har också redan tillverkat en optisk sändare, för vilka mätningar förväntas starta under fjärde kvartalet i år.