Étudiant

Depuis plus de cinq ans, Clint Schow travaille avec Facebook – désormais Meta – pour accroître l'efficacité énergétique des centres de données du géant des médias sociaux. Rejoint par d'autres chercheurs de l'UC Santa Barbara, Schow, professeur de génie électrique et informatique, a dirigé une équipe comprenant de nombreux étudiants pour développer une liaison optique cohérente avec une vitesse de transmission à longueur d'onde unique de 200 Gbit/s et utilisant 1,5 watts de puissance.

Ce projet ambitieux comprenait la conception et le conditionnement intégré de la photonique avec des circuits électroniques conçus par les étudiants du professeur James Buckwalter au Département de génie électrique et informatique (ECE), ainsi que le développement d'architectures de réseau tirant parti de la commutation photonique dirigée par le professeur de recherche de l'ECE Adel Saleh.

Le livrable final ? Une liaison optique cohérente, développée en collaboration avec Intel et dirigée par Aaron Maharry, qui a récemment terminé son doctorat. dans le laboratoire de Schow. La vision de ce lien a été présentée il y a une douzaine d’années par le professeur émérite Larry Coldren, pionnier mondial des circuits intégrés photoniques (PIC).

"Personne ne croyait que cela pouvait fonctionner", a déclaré Coldren. « Ils pensaient que nous étions en train de déjeuner et nous ont demandé : « Pourquoi essayez-vous de créer un lien cohérent dans un centre de données ? C'est fou.'"

Le paysage des liaisons optiques

Lorsqu'une liaison optique est utilisée dans un centre de données, les informations sont transmises d'un commutateur réseau à un autre au moyen d'un signal électronique qui passe du premier commutateur à un module émetteur-récepteur, qui le convertit en signal optique. Ce signal est ensuite envoyé via la fibre pour être reçu à l’autre extrémité, où il est reconverti en signal électrique. "Nous nous concentrons sur la partie émetteur-récepteur de la liaison, car elle convertit le signal aux deux extrémités", a expliqué Maharry.

Maharry, qui a rejoint le groupe de Schow au moment même où le projet commençait, a présenté ses recherches lors de l'Optical Fiber Communication Conference (OFC), la principale réunion des professionnels des communications optiques et des réseaux, qui s'est tenue à San Diego début mars.

"Il s'agit d'une étape majeure vers des réseaux de centres de données de nouvelle génération construits sur des liaisons optiques cohérentes", a déclaré Maharry lors de la conférence. « Ces liens permettront aux centres de données d’augmenter le débit du réseau de manière économique avec une consommation d’énergie réduite, conduisant ainsi à un Internet meilleur, plus durable et moins cher. »

"La puissance de l'article d'Aaron réside dans l'intégration - un niveau extrêmement élevé d'intégration optique du côté du dispositif optique, puis l'intégration électrique et la conception de ces deux éléments ensemble", a déclaré Schow. "Obtenir cet excellent résultat a été une réussite impressionnante, et je pense que c'est la raison pour laquelle l'OFC a apprécié et mis en avant notre article."

Schow utilise l'analogue d'un autoradio pour expliquer ce que fait un lien cohérent. « Une antenne émet sur une certaine fréquence et le signal est émis dans toutes les directions », a-t-il expliqué. « Au moment où il vous parvient, il est très faible, mais vous pouvez le recevoir en utilisant un oscillateur local – un générateur d'onde sinusoïdale électrique dans un autoradio – qui amplifie le signal de la station que vous sélectionnez. Le même principe est à l’œuvre en optique cohérente. Bien que l’oscillateur local soit optique – un laser – il permet également une détection de signal beaucoup plus sensible.

Les liaisons optiques utilisées dans les centres de données qui constituent désormais l'épine dorsale d'Internet reposent souvent sur une approche de communication connue sous le nom de détection directe par modulation d'intensité (IMDD), dans laquelle les informations sont codées en modulant uniquement les niveaux de puissance de la lumière. L'augmentation des débits de données a suscité un intérêt croissant pour le remplacement des liaisons IMDD par des liaisons cohérentes plus évolutives, mais leur consommation d'énergie et leur coût élevés ont empêché leur adoption généralisée.

À la base, la transmission optique cohérente est une technique basée sur la modulation à la fois de l'amplitude et de la phase de la lumière tout en transmettant sur deux axes de polarisation distincts, pour permettre le transport de beaucoup plus d'informations via un câble à fibre optique.