I data center sono il punto centrale di molti, se non la maggior parte, sistemi informativi oggi, ma le masse di cavi che interconnettono i server e impilate sui rack cominciano ad assomigliare al disastro delle luci dell'albero di Natale dell'anno scorso. Ora un team di ingegneri propone di eliminare la maggior parte dei cavi e sostituire l'ottica dello spazio libero a infrarossi per le comunicazioni.

"Noi e altri abbiamo provato la segnalazione in radiofrequenza, ma i raggi si allargano per brevi distanze, " disse Mohsen Kavehrad, W. L. Weiss Professore cattedra di ingegneria elettrica, Penn State. "Gli edifici potrebbero essere lunghi un miglio e ogni rack dovrebbe essere in grado di comunicare".

In un esperimento condotto dagli ingegneri Microsoft, i ricercatori hanno scoperto che la segnalazione a radiofrequenza provocava un'elevata interferenza, collegamenti attivi limitati e throughput limitato:la quantità di dati che può passare attraverso un sistema.

"Utilizziamo un collegamento ottico nello spazio libero, " Kavehrad ha detto ai partecipanti oggi (31 gennaio) al Photonics West 2017 di San Francisco. "Utilizza un obiettivo molto economico, otteniamo un raggio infrarosso molto stretto con zero interferenze e nessun limite al numero di connessioni ad alto throughput."

La rete ottica Free-space Inter-Rack con architettura ad alta flessibilità, o Firefly, è un progetto congiunto di Penn State, Stony Brook University e Carnegie Mellon University. Utilizzerebbe laser e ricevitori a infrarossi montati sopra i rack dei data center per trasmettere le informazioni. I moduli laser sono rapidamente riconfigurabili per acquisire un target su qualsiasi rack. L'interferenza umana è minima perché i rack sono alti più di 6,5 piedi, quindi la maggior parte dei lavoratori può camminare tra le file di rack senza rompere i raggi laser.

Secondo Kavehrad, i data center possono ospitare 400, 000 server su rack che riempiono una stanza lunga un miglio. I data center in genere sono costruiti per i picchi di traffico, il che significa che la maggior parte delle volte circa il 30% dei server è offline. Però, perché sono ancora accesi, continuano a creare calore e necessitano di raffreddamento. Kavehrad stima che entro il 2020, i data center utilizzeranno un totale di 140 miliardi di kilowatt di elettricità all'ora, o l'equivalente di 13 miliardi di dollari di elettricità al tasso odierno, la produzione di 50 centrali elettriche.

Mentre il cablaggio in fibra ottica e il dispendio energetico per i server inattivi sono problemi, il rendimento è più critico. Quando centinaia di cavi si fondono in pochi, i colli di bottiglia nel trasferimento dei dati che ne derivano riducono la velocità con cui il data center può fornire le informazioni. Un flessibile, configurabile può ridurre i colli di bottiglia e persino il numero di server necessari.

I ricercatori hanno progettato l'architettura Firefly, ma non è ancora stato implementato. Hanno creato un sistema semplificato, sistema di prova per dimostrare che il loro laser a infrarossi può trasportare il segnale e mirare al ricevitore. Trasmettono in multiplex a divisione di lunghezza d'onda - più segnali inviati da luci colorate diverse - flussi di dati bidirezionali che trasportano dati a una velocità di trasmissione di 10 Gigabit al secondo da un set di test Bit Error Rate (BER). Il test BER determina il numero di errori in un segnale causati da interferenze, rumore, problemi di distorsione o sincronizzazione.

La configurazione di prova del concetto ha la divisione della lunghezza d'onda del segnale bidirezionale multiplexata con un segnale televisivo via cavo unidirezionale. Il flusso di dati totale va dal cavo in fibra ottica al laser a infrarossi, attraverso la stanza al ricevitore e mostra i risultati su una TV e sul set di test BER. Una mano che rompe il raggio laser spegne il sistema, ma quando si toglie la mano, il segnale viene rapidamente riacquisito.

Il sistema utilizza MEM —sistemi microelettromeccanici—con minuscoli specchi per un rapido targeting e riconfigurazione, ha detto Kavehrad. Questi MEM utilizzano piccole quantità di elettricità da quattro direzioni per riposizionare lo specchio che punta al ricevitore. Il movimento degli specchi è così piccolo che non è rilevabile, ma il programma per computer individua rapidamente il ricevitore e quindi restringe l'obiettivo per individuare la precisione. Il raggio laser può anche essere spostato rapidamente per puntare a un ricevitore diverso.

Il targeting accurato e l'invio di un segnale tramite laser a infrarossi sono solo due degli ostacoli che i ricercatori devono superare prima che Firefly diventi operativo. Una volta che il segnale arriva al bersaglio, deve entrare senza soluzione di continuità nel cavo in fibra ottica. È importante anche il controllo e la gestione del sistema di distribuzione dei dati in un ambiente non cablato.

"Stiamo cercando di inventare qualcosa di riconfigurabile usando la luce invece delle onde millimetriche (radiofrequenza), " ha detto Kavehrad. "Dobbiamo evitare l'overprovisioning e fornire una capacità sufficiente per eseguire l'interconnessione con switch minimi. Vorremmo eliminare del tutto la fibra ottica".