Dankzij IBM-wetenschappers, het vervangen van koperdraden door licht om gegevens met verbeterde snelheden en met optimale energie-efficiëntie over te dragen, is binnen handbereik.

Tijdens de recente Symposia van 2017 over VSLI-technologie en circuits in Kyoto, Japan, IBM-onderzoekers presenteerden hun baanbrekende werk aan een dure optische ontvanger van 60 gigabit per seconde (Gb/s).

Met een lagere stroomimplementatie, deze optische ontvanger biedt een nieuw paradigma voor interconnectietechnologie en heeft het potentieel om 56 Gb/s koperen interconnects te vervangen. In aanvulling, een bijpassende optische zender zal naar verwachting ergens volgend jaar volgen. De twee apparaten zullen elkaar aanvullen om een ​​complete optische ontvanger te vormen die is ingebouwd in CMOS (Complementaire metaaloxide-halfgeleider) en beloven kostenefficiënter te zijn dan de standaard koperen interconnects.

IBM elektrotechnisch ingenieur, Alessandro Cevrero, vertelt in dit korte interview meer over de ontwikkeling van deze goedkope optische ontvanger.

Dus wat ben je precies aan het ontwikkelen?

Alessandro Cevrero (AC):Om precies te zijn, we ontwikkelen een optische ontvanger met één rijstrook van 60 gigabit per seconde met non-return to zero (NRZ)-signalering, gericht op goedkope multi-mode verticale-cavity oppervlakte-emitterende laser (VCSEL) gebaseerde links. Ontworpen in 14 nanometer CMOS finFET (fin field-effect transistor), de ontvanger is voorzien van een laag stroomverbruik met een hoge jittertolerantie mogelijk gemaakt door digitale klok en gegevensherstel.

Kunt u in een notendop uitleggen wat deze nieuwe technologie betekent?

(AC):Kortom, we kunnen elektrische verbindingen vervangen in de korte verbinding van processor naar processor, processor naar geheugen, van lade naar lade in een rack en van een rack naar een tier-1 switch binnen een datacenter.

Wat is daar het voordeel van?

(AC):Eigenlijk, het is nogal revolutionair, want vanaf nu zullen alle interconnects boven de 1m uiteindelijk worden omgezet van elektrisch naar optisch, die niet alleen energiezuiniger is, het biedt ook veel meer bandbreedte. In tegenstelling tot optische verbindingen, elektrische verbindingen vereisen complexe egalisatie voor grote datavolumes en daarom meer stroom verbruiken. Onze technologie verslaat de concurrentie omdat het stroomverbruik veel lager is - 120 milliwatt (mW) voor de ontvanger en uiteindelijk 300 milliwatt (mW) voor de volledige transceiver. Bovendien, de kabellengte voor onze optische oplossing overspant maximaal 100 meter - een enorm verschil met het beperkte aanbod van elektrische verbindingen van twee meter.

Kun je de functie van de CMOS-dobbelsteen uitleggen?

(AC):Implementatie van de volledige 60 Gb/s-ontvanger op een kleine CMOS-chip, verdubbelt de transmissiesnelheid, in wezen halveren de kosten per Gigabit per seconde. In principe, ons werk toont aan dat een CMOS een goede optische gevoeligheid kan bereiken bij datasnelheden boven 32 Gb/s bij een veel lager stroomverbruik dan een SiGe-oplossing, bijvoorbeeld. Deze baanbrekende CMOS-fotonicatechnologie zorgt voor een dichtere nabijheid van de processor of switchchip, die superieure gevoeligheid biedt (-9 decibel-milliwatt), maakt connectiviteit met hoge bandbreedte mogelijk en is ideaal voor de hoge doorvoervereisten van cloud computing.

Hoe moeilijk is het om dit voor elkaar te krijgen? Grote uitdagingen?

(AC):Omdat het signaal naar de ontvanger nogal zwak is, de grootste uitdaging is om het signaal te versterken zonder de informatie te beschadigen. Om dit voor elkaar te krijgen, we moeten ervoor zorgen dat we gegevens betrouwbaar kunnen overdragen. Dit vereist het bereiken van een bitfoutfrequentie (BER) van 10 -12, wat in wezen betekent dat bij het verzenden van 1012 bits, er kan er maar één fout zijn. Op dit niveau, we zouden onze ontvangers in een echt datacenter kunnen plaatsen.

Wat zijn de volgende stappen voor uw onderzoek?

(AC):We werken momenteel aan een prototype gericht op meer dan 70Gb/s. We hebben ook al een optische zender gemaakt, waarvoor de metingen naar verwachting in het vierde kwartaal van dit jaar starten.