Lav strøm, højtydende optiske modtagere

Tak til IBM -forskere udskiftning af kobbertråde med lys for at overføre data ved forbedrede hastigheder og med optimal energieffektivitet er inden for rækkevidde.

På det nylige Symposia 2017 om VSLI -teknologi og kredsløb i Kyoto Japan, IBM-forskere præsenterede deres banebrydende arbejde med en i dyre 60-Gigabit per sekund (Gb/s) optisk modtager.

Har lavere effektimplementering, denne optiske modtager giver et nyt paradigme for sammenkoblingsteknologi og har potentiale til at erstatte 56 Gb/s kobberforbindelser. Ud over, en matchende optisk sender forventes at følge engang næste år. De to enheder vil supplere hinanden for at danne en komplet optisk modtager indbygget i CMOS (komplementær metaloxid-halvleder) og lover at være mere omkostningseffektive end standard kobberforbindelser.

IBM elektriker, Alessandro Cevrero, fortæller os mere om udviklingen af ​​denne billige optiske modtager i dette korte interview.

Så hvad udvikler du helt præcist?

Alessandro Cevrero (AC):For at være præcis, vi udvikler en enkelt bane 60-Gigabit pr. sekund optisk modtager med non-return to zero (NRZ) signalering, målrettet mod lavpris multi-mode lodret hulrum overfladeemitterende laser (VCSEL) baserede links. Designet i 14-nanometer CMOS finFET (finfelt-effekt-transistor), modtageren har lav effektimplementering med høj jittertolerance aktiveret af digitalt ur og datagendannelse.

Kan du i en nøddeskal forklare, hvad denne nye teknologi betyder?

(AC):Grundlæggende vi vil være i stand til at erstatte elektriske links i den korte forbindelse fra processor til processor, processor til hukommelse, fra skuffe til skuffe inde i et stativ og fra en rack til en tier-1 switch i et datacenter.

Hvad er fordelen i det?

(AC):Faktisk det er ret revolutionerende, for fra nu af vil alle sammenkoblinger over 1 m til sidst blive konverteret fra elektrisk til optisk, som ikke kun er mere energieffektiv, det giver også meget mere båndbredde. I modsætning til optiske links, elektriske links kræver kompleks udligning for høje datamængder og derfor forbruge mere strøm. Vores teknologi slår konkurrencen, da dens strømforbrug er langt lavere - 120 milliwatt (mW) for modtageren og til sidst 300 milliwatt (mW) for hele transceiveren. Hvad mere er, kabellængden til vores optiske løsning strækker sig op til 100 meter - en kæmpe forskel i forhold til de begrænsede to meters elektriske forbindelser.

Kan du forklare CMOS -dørens funktion?

(AC):Implementering af hele 60 Gb/s -modtageren på en lille CMOS -matrice, fordobler transmissionshastigheden, i det væsentlige reducere omkostningerne pr. Gigabit pr. sekund i halve. I bund og grund, vores arbejde viser, at en CMOS kan opnå god optisk følsomhed ved datahastigheder over 32 Gb/s ved meget lavere strømforbrug end en SiGe -løsning, for eksempel. Denne banebrydende CMOS fotonik teknologi giver mulighed for tættere nærhed til processoren eller switchchippen, som giver overlegen følsomhed (-9 decibel-milliwatt), muliggør høj båndbreddeforbindelse og er ideel til de høje krav til cloud computing.

Hvor svært er det at trække dette ud? Nogle store udfordringer?

(AC):Da signalet til modtageren er temmelig svagt, den største udfordring er at forstærke signalet uden at ødelægge oplysningerne. For at trække dette ud, vi skal sikre os, at vi kan overføre data pålideligt. Dette kræver at opnå en bitfejlrate (BER) på 10 -12, hvilket i det væsentlige betyder, at når man sender 1012 bits, kun den ene kan være forkert. På dette niveau, vi ville være i stand til at implementere vores modtagere i et rigtigt datacenter.

Hvad er de næste trin for din forskning?

(AC):Vi arbejder i øjeblikket på en prototype målrettet over 70 Gb/s. Vi har også allerede fremstillet en optisk sender, for hvilke målinger forventes at starte i fjerde kvartal i år.