Alunno

Da oltre cinque anni, Clint Schow collabora con Facebook, ora Meta, per aumentare l'efficienza energetica dei data center del gigante dei social media. Insieme ad altri ricercatori dell'UC Santa Barbara, Schow, professore di ingegneria elettrica e informatica, ha guidato un team che comprendeva molti studenti nello sviluppo di un collegamento ottico coerente con una velocità di trasmissione di 200 Gbps a lunghezza d'onda singola e utilizza 1,5 watt di potenza.

L'ambizioso progetto prevedeva la progettazione e il confezionamento integrato di fotonica con circuiti elettronici progettati dagli studenti del professor James Buckwalter presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica (ECE) insieme allo sviluppo di architetture di rete che sfruttano la commutazione fotonica guidate dal professore di ricerca ECE Adel Saleh.

Il risultato finale? Un collegamento ottico coerente, sviluppato in collaborazione con Intel e guidato da Aaron Maharry, che ha recentemente completato il suo dottorato di ricerca. nel laboratorio di Schow. La visione del collegamento è stata avanzata circa una dozzina di anni fa dal professor emerito Larry Coldren, un pioniere mondiale dei circuiti integrati fotonici (PIC).

"Nessuno credeva che potesse funzionare", ha detto Coldren. "Pensavano che fossimo fuori a pranzo e ci hanno chiesto: 'Perché state cercando di creare un collegamento coerente in un data center?' Questo è pazzesco.'"

Il panorama dei collegamenti ottici

Quando in un data center viene utilizzato un collegamento ottico, le informazioni vengono trasmesse da uno switch di rete a un altro tramite un segnale elettronico che viaggia dal primo switch a un modulo ricetrasmettitore, che lo converte in un segnale ottico. Il segnale viene quindi inviato tramite fibra per essere ricevuto all'altra estremità, dove viene riconvertito in segnale elettrico. "Ci stiamo concentrando sulla parte del ricetrasmettitore del collegamento, perché converte il segnale su entrambe le estremità", ha affermato Maharry.

Maharry, che si è unito al gruppo di Schow proprio all'inizio del progetto, ha presentato la ricerca alla Optical Fiber Communication Conference (OFC), il principale incontro per i professionisti delle comunicazioni ottiche e delle reti, tenutosi a San Diego all'inizio di marzo.

"Si tratta di un passo importante verso le reti di data center di prossima generazione costruite su collegamenti ottici coerenti", ha affermato Maharry alla conferenza. “Questi collegamenti consentiranno ai data center di scalare economicamente il throughput della rete con un consumo energetico inferiore, portando a un Internet migliore, più sostenibile e più economico”.

"La forza dell'articolo di Aaron è l'integrazione: un livello estremamente elevato di integrazione ottica sul lato del dispositivo ottico, quindi l'integrazione elettrica e la progettazione di queste due cose insieme", ha affermato Schow. "Ottenere questo grande risultato è stato un risultato impressionante, e penso che sia il motivo per cui OFC ha apprezzato e messo in risalto il nostro articolo."

Schow utilizza l'analogico di un'autoradio per spiegare cosa fa un collegamento coerente. "Un'antenna trasmette ad una certa frequenza e il segnale si diffonde in ogni direzione", ha detto. “Quando arriva a te, è molto debole, ma puoi riceverlo avendo un oscillatore locale – un generatore elettrico di onde sinusoidali in un'autoradio – che amplifica il segnale della stazione selezionata. Lo stesso principio funziona nell’ottica coerente. Sebbene l’oscillatore locale sia ottico – un laser – anch’esso consente un rilevamento del segnale molto più sensibile”.

I collegamenti ottici utilizzati nei data center che ora costituiscono la spina dorsale di Internet spesso si basano su un approccio di comunicazione noto come rilevamento diretto a modulazione di intensità (IMDD), in cui le informazioni vengono codificate modulando solo i livelli di potenza della luce. L’aumento della velocità dei dati ha portato a un crescente interesse nella sostituzione dei collegamenti IMDD con collegamenti coerenti più scalabili, ma il loro elevato consumo energetico e i costi elevati ne hanno impedito un’adozione diffusa.

Nella sua forma più basilare, la trasmissione ottica coerente è una tecnica basata sulla modulazione sia dell'ampiezza che della fase della luce durante la trasmissione su due assi di polarizzazione separati, per consentire il trasporto di una quantità considerevolmente maggiore di informazioni attraverso un cavo in fibra ottica.