La crescita esplosiva dell'uso di Internet porta a un'esplosione del consumo energetico dei data center. I laser a emissione superficiale di cavità verticale (VCSEL) sono dispositivi chiave che consentono di soddisfare i requisiti di interconnessioni ottiche in tali data center fino a poche centinaia di metri di fibra singola o multimodale grazie alla loro semplicità, basso costo, e grandi velocità di trasmissione dei dati. Raggiungere bit rate più elevati è stato l'obiettivo dichiarato della ricerca e dello sviluppo negli ultimi anni.

La prossima sfida sarà concentrarsi sulla riduzione del consumo energetico dei laser e dei driver, una funzione del bit rate. Il costo energetico della trasmissione alle velocità di bit potenzialmente più elevate possibili, l'uso della predistorsione o della correzione degli errori in avanti deve essere confrontato con il costo energetico della trasmissione dei dati e la durata del dispositivo a velocità di trasmissione inferiori. Finalmente, considerazioni di fine vita del costo totale dei data center sposteranno l'attenzione degli operatori di tali centri.

Recentemente, Il gruppo del Prof. Bimberg presso il Centro cinese-tedesco di Bimberg per la fotonica verde Changchun presso l'Istituto di ottica, Meccanica Fine, e fisica, L'Accademia cinese delle scienze ha sviluppato VCSEL che emettono a 850 nm, 880nm, 910nm, 940nm, che sono stati ottimizzati per raggiungere oltre 50 Gb/s, consentendo la trasmissione di dati a oltre 200 Gb/s su una fibra multimodale. Questo era basato sullo schema di modulazione PAM2 senza alcun tipo di predistorsione che portasse a un'efficienza spettrale di circa 2 bit.

Per di più, ottimizzando il bit rate massimo di un sistema, la durata del dispositivo, e il consumo energetico del sistema, questo gruppo ha dimostrato che è possibile ottenere una trasmissione di 200 Gb/s anche utilizzando otto laser da 25 Gb/s ciascuno. A 25 Gb/s EDR è addirittura inferiore a 100 fJ/bit, presentando una riduzione del 75% rispetto ai valori di 50 Gb/s. Per lo stesso BR di 200 Gb/s si ottiene una riduzione di energia del 50%, anche se il numero di dispositivi è stato raddoppiato. Inoltre, la densità di corrente in condizioni operative è ridotta del 60% e il rischio di guasto del dispositivo è ridotto.

La maggiore durata del dispositivo insieme alla riduzione del consumo energetico totale del 50% compenserà il costo del raddoppio del numero di dispositivi. Il minor consumo di energia porta a meno calore, e il roll-over indotto dalla temperatura della potenza di uscita si verifica a correnti maggiori. Finalmente, è necessario fornire meno energia per il raffreddamento. Così, il costo a fine vita aumenta drasticamente scegliendo due laser a un bit rate medio invece di un laser che funziona al bit rate massimo tecnicamente possibile.