Estudante

Há mais de cinco anos, Clint Schow tem trabalhado com o Facebook – agora Meta – para aumentar a eficiência energética dos datacenters do gigante das redes sociais. Acompanhado por outros pesquisadores da UC Santa Bárbara, Schow, professor de engenharia elétrica e de computação, liderou uma equipe que incluiu muitos estudantes no desenvolvimento de um link óptico coerente com velocidade de transmissão de comprimento de onda único de 200 Gbps e usa 1,5 watts de potência.

O ambicioso projeto incluiu o design e o empacotamento integrado de fotônica com circuitos eletrônicos projetados pelos alunos do professor James Buckwalter no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação (ECE), juntamente com o desenvolvimento de arquiteturas de rede aproveitando a comutação fotônica liderada pelo professor pesquisador da ECE, Adel Saleh.

A entrega final? Um link óptico coerente, desenvolvido em colaboração com a Intel e liderado por Aaron Maharry, que concluiu recentemente seu doutorado. no laboratório de Schow. A visão para a ligação foi apresentada há cerca de doze anos pelo Professor Emérito Larry Coldren, um pioneiro mundial em circuitos integrados fotônicos (PICs).

“Ninguém acreditava que poderia funcionar”, disse Coldren. “Eles pensaram que estávamos almoçando fora e nos perguntaram: 'Por que vocês estão tentando fazer um link coerente em um datacenter? Isso é louco.'"

O cenário do link óptico

Quando um link óptico é usado em um data center, as informações são transmitidas de um switch de rede para outro por meio de um sinal eletrônico que viaja do primeiro switch para um módulo transceptor, que as converte em um sinal óptico. Esse sinal é então enviado via fibra para ser recebido na outra extremidade, onde é transformado novamente em sinal elétrico. “Estamos nos concentrando na parte do transceptor do link, porque ela converte o sinal nas duas extremidades”, disse Maharry.

Maharry, que se juntou ao grupo de Schow no início do projeto, apresentou a pesquisa na Optical Fiber Communication Conference (OFC), o principal encontro para profissionais de comunicações ópticas e redes, realizado em San Diego no início de março.

“Este é um passo importante em direção às redes de datacenters de próxima geração construídas em links ópticos coerentes”, disse Maharry na conferência. “Esses links permitirão que os data centers aumentem economicamente o rendimento da rede com menor consumo de energia, levando a uma Internet melhor, mais sustentável e mais barata.”

“O poder do artigo de Aaron é a integração – um nível extremamente alto de integração óptica no lado do dispositivo óptico e, em seguida, a integração elétrica e o projeto dessas duas coisas juntas”, disse Schow. “Obter este excelente resultado foi uma conquista impressionante e acho que é por isso que a OFC apreciou e destacou nosso artigo.”

Schow usa o análogo de um rádio de carro para explicar o que faz um link coerente. “Uma antena está transmitindo em alguma frequência e o sinal sai em todas as direções”, disse ele. “Quando chega até você, é muito fraco, mas você pode recebê-lo com um oscilador local – um gerador elétrico de ondas senoidais em um rádio de carro – que aumenta o sinal da estação que você seleciona. O mesmo princípio funciona na óptica coerente. Embora o oscilador local seja óptico – um laser – ele também permite uma detecção de sinal muito mais sensível.”

Os links ópticos usados ​​nos data centers que agora formam a espinha dorsal da Internet geralmente dependem de uma abordagem de comunicação conhecida como detecção direta de modulação de intensidade (IMDD), na qual a informação é codificada modulando apenas os níveis de potência da luz. O aumento das taxas de dados levou a um interesse crescente na substituição de links IMDD por links coerentes mais escaláveis, mas seu alto consumo de energia e custo impediram sua adoção generalizada.

Na sua forma mais básica, a transmissão óptica coerente é uma técnica baseada na modulação da amplitude e da fase da luz durante a transmissão em dois eixos separados de polarização, para permitir o transporte de consideravelmente mais informações através de um cabo de fibra óptica.