Polarizando o Data Center: os lasers de spin entregam 240 gigabits por segundo
1 Maio, 2019A transmissão óptica de dados de baixa potência de última geração pode depender da polarização, em vez de ligar e desligar os pulsos de laser
Pesquisadores na Alemanha testaram uma nova forma de transferência de dados em alta velocidade que pode aumentar as velocidades de conexão em cinco vezes ou mais. A luz do laser ainda é a portadora de informações nesta tecnologia de protótipo, mas os zeros e os outros são codificados de acordo com a polarização oscilante no feixe de luz e não com sua intensidade.
A nova tecnologia também funciona em temperatura ambiente e consome menos energia do que o método de intensidade – em que “1” seria representado por um laser brilhante e “0” é uma explosão fraca ou nenhum pulso de laser.
Transmitir dados via polarização a laser, ao contrário, envolveria a codificação de um “1” como uma explosão de luz polarizada circularmente, cujo saca-rolhas gira para a esquerda, enquanto um “0” seria uma explosão de polarização circular saca-rolhas à direita.
O método de polarização a laser, se puder ser dimensionado para além da bancada do laboratório, forneceria um alívio potencialmente bem-vindo aos datacenters e farms de servidores, cujas interconexões de alta velocidade produzem um calor residual significativo que requer refrigeração adicional.
Pelos cálculos dos pesquisadores, o método de transferência de dados baseado em polarização pode atingir 240 gigabits por segundo, mas ainda gerar apenas cerca de 7% do calor de uma conexão tradicional a 25 gigabits por segundo.
“Normalmente, você torna o throughput mais rápido ao bombear o laser com mais força, o que automaticamente significa que você consome muita energia e produz muito calor ”, diz Nils Gerhardt, presidente de tecnologia de fotônica e terahertz da Ruhr-University Bochum, na Alemanha. “O que na verdade é um grande problema para os farms de servidores de hoje. Mas a largura de banda em nosso conceito não depende do consumo de energia. Nós temos a mesma largura de banda mesmo [em] baixas correntes”.
O grupo de Gerhardt, que publicou seu trabalho este mês na revista Nature (depois de publicar um rascunho anterior no arXiv do servidor preprint ), até agora só desenvolveu um sistema de prova de conceito em seu laboratório. A tecnologia atual também tem uma longa história. Desde 1997, pesquisadores vêm estudando a conexão entre o spin de elétrons em certos lasers semicondutores e a polarização de sua luz laser.
No entanto, somente nos últimos anos as tecnologias convergiram para fornecer velocidades de transferência de dados além das velocidades mais rápidas fornecidas por um laser baseado em intensidade.
Em 2016, por exemplo, o grupo de Gerhardt publicou descobertas de uma versão anterior de sua tecnologia que alcançou a modulação de polarização de 44 GHz – potencialmente traduzindo-se em velocidades de transferência de dados de 44 gigabits por segundo. Isso está próximo do limite de velocidade conhecido das tecnologias de intensidade de luz da geração atual (estimadas entre 40 e 50 gigabits por segundo).
Por outro lado, não descarte os métodos tradicionais ainda. Pode haver outras maneiras de as transmissões de dados baseadas em intensidade de luz competirem no reino de centenas de gigabits por segundo. Mas, como afirmam Gerhardt e coautores, mesmo tecnologias exóticas como “diodos de laser semicondutores bloqueados por modo” e “lasers em cascata quântica” ainda não provaram a transferência de dados por laser baseada em intensidade muito acima do limite de 100 gigabits.
Por outro lado, o grupo de Gerhardt estima que 240 gigabits por segundo podem ser apenas um degrau para aumentar ainda mais a velocidade de transferência de dados. Por exemplo, seu artigo discute lasers semicondutores à base de arseneto de gálio que teoricamente poderiam alcançar velocidades de transferência de dados de polarização acima de 500 gigabits por segundo.
É claro que provar que essa tecnologia pode realmente funcionar no mundo real e não apenas no laboratório é um próximo passo importante.
“Cada novo farm de servidores colocado pelo Google ou pelo Facebook ou pela Amazon precisa ter maior largura de banda com menos consumo de energia”, diz Gerhardt. “E, em particular, a velocidade da interconexão é um fator limitante no momento.”
A tecnologia que o grupo de Gerhardt está testando, diz ele, seria mais adequada para interconectar nós em um data center ou farm de servidores do que, digamos, atuar como backbone da Internet – o que exige tecnologias testadas pelo tempo que podem ser executadas com segurança em grandes volumes.
Como é, eles ainda estão tentando descobrir como modular a polarização circular para frente e para trás em altas taxas com alta confiabilidade e repetibilidade. (No momento, eles atingem algumas de suas inteligentes modulações de polarização de alta velocidade, dobrando fisicamente a placa de circuito sem quebrá-la. O que é mais um truque de laboratório do que uma técnica de fabricação de hardware de missão crítica em um data center).
“Agora, isso é um conceito”, diz Gerhardt. “Ainda temos muita pesquisa antes de podermos fazer um dispositivo que você possa comprar na prateleira. Muitos desafios para ir.
Autor: Mark Anderson
