About / Advertise
Hur mycket effekt krävs för att skicka 10 Gbit/s över 10 000 km? Ingen vet säkert. På Chalmers arbetar ett forskarteam med att förstå vad som drar energi i optiska korthålls- och långhållslänkar. Visionen är att vid bibehållen datatakt kunna minska effektförbrukningen till en tiondel av vad dagens optiska länkar förbrukar.
För snart 70 år sedan föddes informationsteorin av Claude Shannon på Bell Labs. Sedan dess har teorin använts inom kommunikationsområdet för att beräkna en kanals kapacitet att överföra information. Den tar hänsyn till bandbredd och signal-brusförhållande för att kunna överföra en viss datamängd.
 |
| Magnus Karlsson |
− Teorin tar inte upp hur mycket effekt som informationsöverföringen förbrukar och idag är det inte vanligt att ta hänsyn till effektförbrukningen när ett optiskt system designas, förklarar professor Magnus Karlsson, som leder projektet tillsammans med Peter Andrekson.
Till skillnad mot många andra forskningsprojekt på Chalmers handlar detta främst om att skapa ny tvärvetenskaplig kunskap i samröre med andra avdelningar på högskolan. Tillämpningar eller produkter är inte fokus.
I stort har projektet delats upp i två ben, ett för korta länkar i exempelvis datacentraler och superdatorer, och ett för långa länkar, som transportnätet mellan olika städer.
− De korta länkarna är enkla och billiga system som nästan inte innehåller någon signalbehandling.
Här ingår främst fyra delar som alla kan slipas effektmässigt: driv- och mottagarelektronik, direktmodulerade lasrar, multimodfibrer och fotodetektorer.
| Det femåriga projektet finansieras av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och avslutas sommaren 2019. |
En stor del av denna forskning sker i samarbete med professor Anders Larssons team, som arbetar med att öka datatakten i datacentraler (se artikel ”Vässar helheten för högre datatakt”). Hittills har nya lasrar och drivkretsar utvecklats, det sistnämnda av mikroelektronikgruppen på Chalmers, ledd av professor Herbert Zirath.
− I korthållslänkar är det drivelektroniken som drar klart mest energi, betydligt mer än lasrarna, förklarar Magnus Karlsson.
I långhållslänkar är det andra villkor. Här används traditionella lasrar, förstärkare och extern modulation. Ofta moduleras både amplitud och fas på ljuset. Utmaningen vid fasmodulation är att detektera fasen på mottagarsidan.
För det krävs koherenta mottagare med avancerad digital signalbehandling vid höga (runt 100 Gbit/s) datatakter.
Det gruppen hittills gjort är att kartlägga var effekttjuvarna finns i långhållssystem. I en traditionell länk med en datatakt på 10 till 50 Gbit/s som är cirka 100 km lång går uppskattningsvis 1–2 W åt för signalbehandlingen, medan laser och drivare drar 5–6 W och den externa modulatorn drar 3–4 W. Här dominerar alltså optiken effektförbrukningen.
− I projektet tittar vi på trade-offs. Kan vi exempelvis använda bättre felrättande kod och därmed drar ner på antal optiska förstärkare som vanligen sitter varje 100 km i länken? Hur påverkar det den totala effektförbrukningen?
För att få större förståelse för hur olika delsystem – exempelvis bättre signalbehandling i mottagaren – påverkar den totala effektförbrukningen har man inom projektet utvecklat en asic för felrättande kod. Asicen har konstruerats av professor Per Larsson-Edefors forskargrupp på Chalmers avdelning för datorteknik.
Asicen tillverkas av ST Microelectronics i företagets 28-nm-process och kommer att utvärderas under våren.
− Kretsen som vi utvecklat har tio gånger lägre effektförbrukning är tidigare alternativ. Vi har gjort tape-out och räknar med att få kretsarna inom kort för att sedan testköra dem i vår. Det blir spännande.
