About / Advertise
Datacenter växer upp lite överallt. En stor utmaning framöver är att öka datamängden som skickas mellan servrar och andra enheter utan att energiförbrukningen drar iväg. För det krävs vassa optiska länkar. Fyrdubblad kanaltakt samtidigt som effektförbrukningen per bit minskar med en tiopotens, är målet för ett forskarteam på Chalmers.
I dagens datacenter kan det finnas hundratusentals optiska länkar, där merparten av informationen skickas via fibrer som är 100 meter eller kortare. Datatakten per kanal ligger på 25 eller 28 Gbit/s, beroende om Ethernet eller Fiber channel används.
 |
| Anders Larsson |
− I vår forskning siktar vi på att nå en kanaltakt på 100 Gbit/s med väldigt låg effektförbrukning, säger professor Anders Larsson, som leder projektet.
För att få ett mått på energiförbrukningen tittar man på vad varje bit kräver. Idag går det åt cirka 10 pikojoule per bit (pJ/bit). Forskarnas mål är att komma ner i 1 pJ/bit.
När det gäller att skruva upp datatakten har Chalmersteamet redan tagit ett stort kliv inom ett samarbete med amerikanska IBM. En sändare med en ytemitterande laser från Chalmers och drivelektronik från IBM har nått drygt 70 Gbit/s, vilket är världsrekord.
Hittills har mycket tid i det aktuella projektet lagts på att förbättra laserns verkningsgrad och dynamik, så att den kan moduleras i högre datatakt. Och för första gången har även elektroniken inkluderats i forskningsarbetet.
 |
| En ytemitterande laser för en fiber med en kärna. |
Det betyder att tre forskargrupper på Chalmers är med i projektet: Anders Larssons grupp som utvecklar lasrar och lasermatriser, Herbert Ziraths grupp som utvecklar snabb elektronik samt Peter Andreksons grupp som arbetar med moduleringsmetoder.
− Förutom att vi har en laser i världsklass, så är en viktig del för att nå målet att samoptimera laser och elektronik. Under den sista fasen i projektet kommer vi att lägga mycket energi på den delen.
För tillfället håller elektronikgruppen på att konstruera extremt energisnåla drivkretsar i tre processer: CMOS, BiCMOS (kiselgermanium) och HBT (indiumfosfid). Framöver ska chipen tillverkas hos ST Microelectronics, Infineon samt Teledyne. Därefter ska de monteras tillsammans med lasrar på små bärare, som även de utvecklats av Chalmersforskarna.
I projektet med IBM används binär modulering.
Här tittar forskarna även på så kallad multinivåmodulering. Istället för att modulera ljusintensiteten (amplituden) i två nivåer gör de det i fyra eller till och med åtta nivåer.
− Med fyrnivåmodulering har vi nått en kanaltakt på 94 Gbit/s, så vi börjar närma oss 100 Gbit/s.
| Stiftelsen för Strategisk Forskning (SSF) finansierar forskningen med 30 miljoner kronor inom ett femårigt projekt som nu är inne på sitt tredje år. Delar av forskningen finansieras också av EU-projekten MERLIN (FP7) och PIX4life (H2020), HP Labs (Hewlett-Packard Enterprise forskningslab i Palo Alto, CA, USA) och Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. |
− Fyra nivåer är det vi anser är optimalt. Då kan man för en given bandbredd på länken dubbla kanaltakten. Åtta nivåer har vi också testat, men det har visat sig vara väldigt svårt att uppfylla de krav som ställs på enkelhet och kostnad.
En viktig detalj i datacenter är just att lösningen blir billig. Därför används också enklare multimodfibrer, som är fullt tillräckligt. De har en relativt stor kärna, runt 50 µm, och det går att använda fibrer med fler än en kärna.
Inom ett Europaprojekt som forskarna deltagit i, har de även kunnat visa hur kapaciteten i en fiber kan höjas radikalt genom att dra nytta av sex kärnor i fibern, som var och en överför 40 Gbit/s.
− Vi kopplar en liten matris av ytemitterande lasrar direkt till fibern med sex kärnor. Då får vi en datatakt på 240 Gbit/s i en enda fiber.
I sitt arbete skruvar forskarna på varje del – lasern, elektroniken och modulationsformat – för att nå ytterligare en milstolpe: att kunna skicka många terabit per sekund över samma kabel åt båda håll.
− Säg att vi når 100 Gbit/s per kärna i en sexkärnig fiber. Då har vi 600 Gbit/s per fiber. Sen har vi kanske tolv parallella fibrer i varje riktning. Då är vi uppe i sju till åtta Tbit/s åt båda håll. Det är så vi tänker, förklarar Anders Larsson.
Att nå dessa fantastiska datatakter i verkliga lösningar ligger ett antal år fram i tiden. Däremot tror Anders Larsson inte att det dröjer särskilt länge innan fyrnivåmodulering anammas på bred front.
− Industrin arbetar med en ny standard för Ethernet som förväntas komma år 2019. Där går man från 25 Gbit/s till 50 Gbit/s i kanaltakt och vid 50 Gbit/s lutar man mot att använda fyrnivåmodulering. Så det slår nog igenom om mindre än tre år, säger han.
