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Hasta ahora no había sido posible transportar terabits de datos con la tecnología existente de comunicaciones ópticas en paralelo
Los científicos de IBM han creado un prototipo de chip óptico, llamado "Holey Optochip", que es el primer transceptor óptico que transfiere un billón de bits - un terabit - de información por segundo, el equivalente a la descarga de 500 películas de alta definición. El informe será presentado en la Conferencia de comunicación por fibra óptica que se celebrará en Los Ángeles.
Con la capacidad de transportar la información a una velocidad sorprendente - ocho veces más rápido que los componentes ópticos en paralelo disponibles en la actualidad - el hallazgo puede transformar la manera en que los datos son accedidos, compartidos y utilizados para dar paso a una nueva era de las comunicaciones, la computación y el entretenimiento. La velocidad bruta de un transceptor es equivalente al ancho de banda consumido por 100.000 usuarios en el estándar actual de 10 Mbps de acceso a Internet de alta velocidad. Sólo necesitaría alrededor de una hora para transferir todo el archivo web de la Biblioteca del Congreso de EE.UU.
Los avances en las comunicaciones ópticas están conduciendo a una explosión de nuevas aplicaciones y servicios a medida que aumenta la cantidad de datos que se crean y se transmiten a través de las redes corporativas y particulares. Con un terabit por segundo, el último avance de IBM en tecnología de chip óptico proporciona cantidades sin precedentes de ancho de banda que algún día podrían transportar grandes cantidades de datos tales como mensajes a redes sociales, fotos digitales y videos publicados en línea, sensores utilizados para recopilar información sobre el clima, y transacciones y registros de las compras en línea.
"Llegar a la cantidad de un billon de bits por segundo con Holey Optochip marca el último hito de IBM desarrollando chips a escala de transceptores que pueden soportar el volumen de tráfico en la época del Big Data", dijo el investigador de IBM Clint Schow, parte del equipo que construyó el prototipo. "Hemos estado trabajando activamente para conseguir mayores niveles de integración, eficiencia energética y rendimiento de todos los componentes ópticos a través de los materiales contenedores e innovaciones en el circuito. Nuestro objetivo es mejorar la tecnología para su comercialización en la próxima década, con la colaboración de socios en la fabricación ".
Las redes ópticas ofrecen el potencial de mejorar significativamente las tasas de transferencia de datos acelerando el flujo de datos mediante pulsos de luz, en lugar de enviar electrones sobre cables. Debido a esto, los investigadores han estado buscando maneras de hacer uso de señales ópticas dentro de estándares de bajo coste y técnicas de fabricación de grandes volúmenes de chips para un uso generalizado.
Microfotografía de IBM Holey Optochip. Las dimensiones originales del chip son 5.2 mm x 5 .8 mm.
Con el uso de un nuevo enfoque, los científicos de los laboratorios de IBM han desarrollado el Optochip Holey fabricando 48 agujeros en un chip de silicio CMOS estándar. Los agujeros permiten el acceso óptico a través de la parte posterior del chip a 24 receptores y 24 canales de transmisión para producir un diseño ultra-compacto, de alto rendimiento y de bajo consumo del módulo óptico dotándolo de unas tasas de transferencia de datos de récord.
La compactación y la capacidad de comunicación óptica se han convertido en indispensables en el diseño de grandes sistemas de manejo de datos. Con esta realidad en mente, el módulo de Holey Optochip está construido con componentes que están disponibles en el mercado actual, ofreciendo la posibilidad de fabricarlo en economías de escala.
En consonancia con las iniciativas de computación verde, el Optochip Holey logra récords de velocidad con una eficiencia energética (la cantidad de potencia necesaria para transmitir un bit de información) que está entre las mejores que se hayan reportado nunca. El transceptor consume menos de cinco vatios; la potencia consumida por una bombilla de 100 W podría alimentar 20 transceptores. Este progreso en las interconexiones energéticamente eficientes es necesario para permitir a las empresas que adoptan computación de alto rendimiento manejar su carga de energía en el uso de aplicaciones de gran alcance, tales como análisis, modelado de datos y previsiones.
Al demostrar unos niveles sin precedentes de rendimiento, el Optochip Holey pone de manifiesto que las interconexiones de alta velocidad con bajo consumo de energía son factibles a corto plazo y la óptica es el único medio de transmisión que puede mantenerse a la vanguardia de la demanda de la aceleración mundial de la banda ancha. El futuro de la computación se basa en gran medida en la tecnología de chip óptico para facilitar el crecimiento de big data, la computación en la nube y el impulso de aplicaciones de centros de datos de nueva generación.
Aspectos técnicos del Optochip Holey
Microfotografía de la parte posterior del Optochip IBM Holey con láseres y fotodiodos visibles a través de los agujeros del sustrato.
La óptica en paralelo es una tecnología de fibra óptica enfocada principalmente a sistemas de fibra multimodo que tranportan grandes datos con alcances cortos que suelen ser menores de 150 metros. Esta tecnología difiere de la fibra óptica tradicional dúplex de comunicación en serie en que los datos se transmiten simultáneamente y son recibidos a través de múltiples fibras ópticas.
Un sólo transceptor CMOS IC de 90 nanómetros de IBM con 24 circuitos receptores y 24 circuitos transmisores se convierte en un Optochip Holey mediante la fabricación de cuarenta y ocho agujeros en el silicio de los circuitos, o "vías ópticas" - uno para cada canal transmisor y receptor. El simple post-procesamiento de tabletas CMOS completadas con todos los dispositivos y cableado estándar resultan en una tableta entera rellena con Optochips Holey. El transceptor mide sólo 5,2 mm x 5,8 mm. Veinte y cuatro canales industriales estándar de 850 nm VCSEL (láser emisor de luz vertical en la superficie de la cavidad) y las matrices de fotodiodos son directamente soldadas al Optochip. Este empaquetamiento directo produce un alto rendimiento en los motores de chips ópticos a escala. Los Optochips Holey están diseñados para acoplamiento directo a una matriz de fibra multimodo estándar de 48 canales a través de un sistema eficiente de microlentes ópticas que puede ser ensamblado con las herramientas convencionales de empaquetado de alto volumen.
También en la Conferencia de la OFC, los investigadores de IBM presentarán los siguientes avances:
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Dos enlaces ópticos que son los más eficientes jamás vistos desde el punto de vista energético. Con un nuevo diseño de receptor, un enlace monocanal VCSEL logra el funcionamiento a 15 Gbps, mientras consume sólo 20 milivatios de potencia. Esto representa la primera demostración práctica de una interconexión óptica que alcanza los niveles de eficiencia que se requieren para los equipos exaescala alrededor del año 2020.
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Un enlace monocanal VCSEL de 40 Gbps basado en enlace de fibra óptica que no sólo establece un nuevo punto de referencia para la velocidad, sino que también opera a esta alta velocidad de datos con un margen significativo. La pre-distorsión del transmisor para mejorar el rendimiento del enlace extremo a extremo es una técnica de ecualización en la que IBM ha sido pionera, permitiendo este avance.
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