연구원들은 40채널 광통신 링크를 시연합니다.

연구원들은 40채널 광통신 링크를 시연합니다.
실리콘 기반 장치는 더 많은 데이터를 더 빠르게 이동해야 하는 날로 증가하는 요구 사항을 충족하는 데 도움이 될 수 있습니다.
날짜:
2022년 6월 9일
원천:
광학
요약:
연구원들은 비디오 스트리밍 서비스에서 주식 시장을 위한 대용량 거래에 이르기까지 데이터 집약적인 인터넷 애플리케이션을 개선할 수 있는 실리콘 기반 광통신 링크를 개발했습니다. 이 장치는 인터넷의 백본을 형성하는 데이터 센터 네트워크에서 사용하기 위한 차세대 광 상호 연결을 가능하게 할 수 있습니다.

연구원들은 동시에 데이터를 이동할 수 있는 40개의 광 데이터 채널을 생성하기 위해 두 가지 다중화 기술을 결합한 실리콘 기반 광 통신 링크를 시연했습니다. 새로운 칩 규모의 광학 상호 연결은 초당 약 400GB의 데이터를 전송할 수 있으며 이는 약 100,000편의 스트리밍 영화에 해당합니다. 이것은 비디오 스트리밍 서비스에서 주식 시장을 위한 대용량 거래에 이르기까지 데이터 집약적인 인터넷 애플리케이션을 개선할 수 있습니다.

CREOL(Central Florida College of Optics and Photonics) 연구 팀을 이끌고 있는 Peter Delfyett은 "인터넷을 통해 더 많은 정보를 이동하려는 요구가 계속 증가함에 따라 데이터 속도를 더욱 높일 수 있는 새로운 기술이 필요합니다."라고 말했습니다. "광학 상호 연결은 전자 제품보다 더 많은 데이터를 이동할 수 있기 때문에 우리의 작업은 인터넷의 중추를 형성하는 데이터 센터에서 더 빠르고 더 나은 데이터 처리를 가능하게 할 수 있습니다."

여러 기관의 연구자 그룹이 Optica Publishing Group 저널 Optics Letters 에서 새로운 광통신 링크에 대해 설명합니다 . NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 새로운 광결정 공진기를 기반으로 하는 주파수 빗살 광원과 스탠포드 대학 연구원들이 설계한 최적화된 모드 분할 다중화기를 결합하여 40개 채널을 달성합니다. 각 채널은 다른 스테레오 채널이나 주파수와 같이 정보를 전달하는 데 사용할 수 있으며 다른 음악 방송국을 전송할 수 있습니다.

논문의 공동 제1저자인 Chinmay Shirpurkar는 “우리는 이 새로운 주파수 빗이 완전히 통합된 광학 상호 연결에 사용될 수 있음을 보여줍니다. "모든 포토닉 구성 요소는 실리콘 기반 재료로 만들어졌으며, 이는 저렴하고 제조하기 쉬운 광학 인터커넥트에서 광학 정보 처리 장치를 만들 수 있는 가능성을 보여줍니다."

인터넷 데이터 전송을 개선하는 것 외에도 새로운 기술은 인공 지능, 기계 학습, 대규모 에뮬레이션 및 기타 응용 프로그램에 필요한 높은 수준의 컴퓨팅 성능을 제공할 수 있는 더 빠른 광학 컴퓨터를 만드는 데 사용될 수 있습니다.

여러 조명 치수 사용

새로운 작업에는 펜실베니아 대학의 Firooz Aflatouni, NIST의 Scott B. Papp, Stanford 대학의 Jelena Vuckovic 및 CREOL의 Delfyett이 이끄는 연구팀이 참여했습니다. 이것은 마이크로콤 기반 광원을 사용하여 패키지 집적 회로의 디지털 연결을 크게 개선하기 위해 빛을 사용하는 것을 목표로 하는 DARPA Photonics in the Package for Extreme Scalability(PIPES) 프로그램의 일부입니다.

연구원 들은 내부 벽에 나노패턴 진동이 있는 링으로 제작된 실리콘 기판에 오산화탄탈륨(Ta 2 O 5 ) 도파관을 사용하여 광학 링크를 만들었습니다. 생성된 광결정 마이크로 링 공진기는 레이저 입력을 10가지 다른 파장으로 바꿉니다. 그들은 또한 각 파장을 각기 다른 모양을 가진 4개의 새로운 빔으로 변환하는 모드 분할 멀티플렉서를 설계하고 최적화했습니다. 이 공간 차원을 추가하면 데이터 용량이 4배 증가하여 40개의 채널이 생성됩니다.

데이터가 각 빔 모양과 각 빔 색상에 인코딩되면 빛은 다시 단일 빔으로 재결합되어 대상으로 전송됩니다. 최종 목적지에서는 파장과 빔 형태가 분리되어 각 채널이 다른 전송 채널의 간섭 없이 독립적으로 수신 및 감지될 수 있습니다.

공동 제1저자인 NIST의 Jizhao Zang은 "우리 링크의 장점은 광결정 공진기가 기존의 링 공진기로 시연된 것보다 더 쉬운 솔리톤 생성과 평평한 빗 스펙트럼을 가능하게 한다는 것입니다."라고 말했습니다. "이러한 기능은 광학 데이터 링크에 유용합니다."

역설계로 더 나은 성능

모드 분할 다중화기를 최적화하기 위해 연구원들은 광자 역설계(photonic inverse-design)라는 계산 나노광자 설계 접근 방식을 사용했습니다. 이 방법은 더 작은 설치 공간, 더 나은 효율성 및 새로운 기능을 제공하면서 가능한 전체 범위의 설계를 탐색하는 더 효율적인 방법을 제공합니다.

공동 제1저자인 스탠포드 대학의 양기율(Kiyoul Yang)은 “포토닉 역설계 접근 방식은 우리의 링크를 특정 응용 프로그램의 요구 사항을 충족하도록 고도로 맞춤화할 수 있게 해줍니다.

새로운 장치의 테스트는 시뮬레이션과 잘 일치했으며 채널이 -20dB 미만의 낮은 누화를 나타냄을 보여주었습니다. 10dBm 미만의 수신 광 수신기 전력을 사용하여 링크는 스트레스 하에서 고속 회로를 테스트하는 데 사용되는 표준인 PRBS31 패턴을 사용하여 40개 채널 중 34개 채널에서 오류 없는 데이터 전송을 수행했습니다.

연구원들은 이제 더 많은 파장을 생성하거나 더 복잡한 빔 모양을 사용하여 광결정 마이크로 링 공진기를 통합하여 장치를 더욱 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 장치를 상용화하려면 고대역폭, 낮은 전력 소비 및 작은 설치 공간을 갖춘 송신기 및 수신기 칩의 완전한 통합이 필요합니다. 이것은 데이터 센터 네트워크에서 사용하기 위한 차세대 광 상호 연결을 가능하게 할 수 있습니다.