Grazie agli scienziati IBM, sostituire i fili di rame con la luce per trasferire i dati a velocità migliorate e con un'efficienza energetica ottimale è a portata di mano.

Al recente Simposio 2017 sulla tecnologia e sui circuiti VSLI a Kyoto in Giappone, I ricercatori IBM hanno presentato il loro lavoro innovativo su un costoso ricevitore ottico da 60 Gigabit al secondo (Gb/s).

Avere un'implementazione di potenza inferiore, questo ricevitore ottico fornisce un nuovo paradigma per la tecnologia di interconnessione e ha il potenziale per sostituire le interconnessioni in rame da 56 Gb/s. Inoltre, un trasmettitore ottico corrispondente dovrebbe seguire l'anno prossimo. I due dispositivi si completeranno a vicenda per formare un ricevitore ottico completo integrato in CMOS (Complementary metal-oxide-semiconductor) e promettono di essere più efficienti in termini di costi rispetto alle interconnessioni standard in rame.

Ingegnere elettrico IBM, Alessandro Cevrero, ci dice di più sullo sviluppo di questo ricevitore ottico a basso costo in questa breve intervista.

Quindi cosa stai sviluppando esattamente?

Alessandro Cevrero (AC):Per l'esattezza, stiamo sviluppando un ricevitore ottico a singola corsia da 60 Gigabit al secondo con segnalazione di non ritorno a zero (NRZ), mirando a collegamenti basati su laser a emissione superficiale a cavità verticale multimodali a basso costo (VCSEL). Progettato in finFET CMOS a 14 nanometri (transistor ad effetto di campo alettato), il ricevitore è caratterizzato da un'implementazione a bassa potenza con un'elevata tolleranza al jitter abilitata dall'orologio digitale e dal recupero dei dati.

Puoi spiegare in poche parole cosa significa questa nuova tecnologia?

(AC):Fondamentalmente, saremo in grado di sostituire i collegamenti elettrici nella breve interconnessione da processore a processore, da processore a memoria, da un cassetto all'altro all'interno di un rack e da un rack a uno switch di livello 1 all'interno di un data center.

Qual è il vantaggio in questo?

(AC):In realtà, è abbastanza rivoluzionario perché d'ora in poi tutte le interconnessioni sopra 1 m saranno eventualmente convertite da elettriche a ottiche, che non solo è più efficiente dal punto di vista energetico, fornisce anche molta più larghezza di banda. A differenza dei collegamenti ottici, i collegamenti elettrici richiedono un'equalizzazione complessa per volumi di dati elevati e, quindi, consumare più energia. La nostra tecnologia batte la concorrenza poiché il suo consumo energetico è molto inferiore:120 milliwatt (mW) per il ricevitore e infine 300 milliwatt (mW) per il ricetrasmettitore completo. Cosa c'è di più, la lunghezza del cavo per la nostra soluzione ottica arriva fino a 100 metri, un'enorme differenza rispetto ai collegamenti elettrici limitati di due metri.

Puoi spiegare la funzione del die CMOS?

(AC):Implementazione dell'intero ricevitore da 60 Gb/s su un piccolo die CMOS, raddoppia la velocità di trasmissione, sostanzialmente dimezzando il costo per Gigabit al secondo. Fondamentalmente, il nostro lavoro dimostra che un CMOS può raggiungere una buona sensibilità ottica a velocità di trasmissione dati superiori a 32 Gb/s con un consumo energetico molto inferiore rispetto a una soluzione SiGe, Per esempio. Questa rivoluzionaria tecnologia fotonica CMOS consente una maggiore vicinanza al processore o al chip dello switch, che fornisce una sensibilità superiore (-9 decibel-milliwatt), consente la connettività ad alta larghezza di banda ed è ideale per i requisiti di elevata velocità effettiva del cloud computing.

Quanto è difficile farcela? Qualche sfida importante?

(AC):Poiché il segnale al ricevitore è piuttosto debole, la sfida più grande è amplificare il segnale senza alterare le informazioni. Per tirare fuori questo, dobbiamo assicurarci di poter trasferire i dati in modo affidabile. Ciò richiede il raggiungimento di un tasso di errore in bit (BER) di 10 -12, il che significa essenzialmente che quando si trasmettono 1012 bit, solo uno potrebbe essere errato. A questo livello, saremmo in grado di distribuire i nostri ricevitori in un vero centro dati.

Quali sono i prossimi passi per la tua ricerca?

(AC):Attualmente stiamo lavorando su un prototipo che punta a oltre 70 Gb/s. Abbiamo anche già prodotto un trasmettitore ottico, per le quali le misurazioni dovrebbero iniziare nel quarto trimestre di quest'anno.