Сверхбыстрая оптическая коммутация может спасти перегруженные ЦОДы

Ученые EPFL и Microsoft Research продемонстрировали сверхбыструю коммутацию оптических цепей с помощью солитонного гребенчатого лазера на чипе и полностью пассивного устройства дифракционной решетки.

Эта особая архитектура может позволить в будущем создать энергоэффективный оптический центр обработки данных для удовлетворения огромных требований к пропускной способности данных.

Энергоэффективный ЦОД

Услуги всех гипермасштабных облачных провайдеров, таких как Microsoft, предоставляются в массивных центрах обработки данных, в которых работают сотни тысяч серверов, производительность которых в значительной степени зависит от качества сети между ними. Современные сети центров обработки данных включают в себя несколько уровней электрических пакетных коммутаторов, соединенных между собой посредством оптоволокна. Эти системы требуют преобразования электрического сигнала в оптический, что увеличивает стоимость и энергопотребление. Что еще хуже, растущая скорость передачи данных, обусловленная такими приложениями, как искусственный интеллект и аналитика данных, может сопровождаться замедлением действия закона Мура, что крайне затруднит эффективное масштабирование текущих сетевых архитектур, основанных на электрических чипах.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Оптические коммутаторы (OCS) становятся интересным вариантом для преодоления проблем пропускной способности и масштабирования в центрах обработки данных. Особенно перспективной архитектурой OCS является коммутация длин волн, когда различные серверы подключаются с помощью света разных цветов (длин волн), что приводит к более плоской архитектуре сети и ограничивает потребность в электрических коммутаторах и оптических приемопередатчиках. Переключение различных длин волн света и маршрутизация сигналов к серверам назначения осуществляется с помощью переключающего элемента, например, стеклянной призмы, через которую различные длины волн могут быть разделены путем дисперсии.

Хотя сегодня технологии OCS коммерчески доступны, они чрезвычайно медленны, что означает, что они не могут справиться с приложениями ЦОД с растущей интенсивностью передачи данных, при этом правильно используя сетевые ресурсы для снижения накладных расходов и повышения энергопотребления.

В новой работе, опубликованной в журнале Nature Communications, исследовательские группы под руководством профессора Тобиаса Дж. Киппенберга из EPFL и доктора Хитеша Баллани из Microsoft Research Cambridge успешно продемонстрировали сверхбыструю OCS для центров обработки данных с помощью оптики на основе чипов. Исследовательские группы сотрудничают с 2018 года в рамках совместного исследовательского центра Microsoft Swiss Joint Research Center.

В предложенной архитектуре оптические микрогребенки выступают в качестве многоволнового источника, обеспечивающего когерентные носители. Оптические усилители и массивы волноводных решеток на основе полупроводниковых материалов осуществляют переключение и разделяют или объединяют различные цвета света соответственно.

Оптические микрогребенки, впервые созданные группой Киппенберга, обеспечивают сотни эквидистантно расположенных носителей, которые подходят для многих приложений. Источники микрогребенок генерируются путем нелинейного преобразования частоты с помощью микрорезонатора из нитрида кремния размером с чип, что дает уникальные преимущества в мощности и размере по сравнению с лазерными массивами, традиционно используемыми в качестве многоволновых источников.

Микрорезонаторы из нитрида кремния изготовлены с использованием фотонного дамаскин-процесса - совместимой с CMOS технологии, которая отличается сверхнизкими потерями на передачу, что крайне важно для создания энергоэффективных микросотовых источников.

Оптические усилители на основе фосфида индия, изготовленные на коммерческих литейных заводах, осуществляют переключение между различными цветами света за субнаносекундное время. Такое сверхбыстрое переключение между различными микросотовыми носителями важно для удовлетворения требований к производительности современных и будущих приложений для центров обработки данных.

Демонстрация на уровне системы показала, что передача данных с переключением пакет за пакетом может быть достигнута и, следовательно, имеет потенциал для удовлетворения требований приложений центров обработки данных. Наконец, исследователи представляют уникальную архитектуру, в которой используется центральная система гребенок для повышения энергоэффективности и снижения сложности.

"Солитонные микрогребенки используются во многих ключевых приложениях системного уровня, таких как LiDAR, передача данных на большие расстояния и оптическая когерентная томография, с момента их открытия в 2014 году", - говорит Киппенберг. "Потенциальное использование микрогребенок в центрах обработки данных для удовлетворения будущих требований к пропускной способности и снижения энергопотребления еще больше укрепляет важность этой платформы для научных и технологических приложений".

"Мы были заинтригованы огромным потенциалом оптических микроячеек, поэтому сотрудничество с командой EPFL по применению их ведущей в мире технологии микроячеек из нитрида кремния для потенциально перспективных сетей центров обработки данных было фантастическим", - говорит Баллани. "Хотя до масштабной эксплуатации нашей архитектуры еще далеко, быстро растущая производительность микроячеек и других оптических устройств на кристалле означает, что прирост производительности может быть еще выше". Паоло Коста, соавтор из Microsoft Research, добавил: что "это сотрудничество - очень хороший пример того, как мы с нуля переосмысливаем будущее наших сетей, разрабатывая и используя передовые оптические технологии вместе с нашими академическими партнерами". опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet