Multi-Tbps Optical Interconnects (MuTOI)
- Reference number
- SE13-0014
- Start and end dates
- 140301-200630
- Amount granted
- 30 142 130 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The exponential increase of internet traffic and computing capacity is driving the demand for optical interconnect (OI) bandwidth, bandwidth density, and energy efficiency to unprecedented levels. While scaling of current technologies will satisfy the demands in the short term, radically new concepts and solutions are needed in the long term to enable multi-Tbps OIs, more complex OI architectures, a migration closer to the on-board silicon circuits, and significant energy savings. It is the purpose to enable such progress by bringing together leading expertise in optoelectronics, electronics, and optical communication to advance the state-of-the-art of OIs based on vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) and multimode fiber. We will develop new generations of devices and circuits for higher speed and more efficient transceivers, VCSEL arrays for new OI architectures based on space and wavelength division multiplexing, and apply more bandwidth efficient modulation formats and new electronic compensation techniques. Technology transfer and early exploitation of results is facilitated by close collaboration with Swedish industry and their active participation. We aim at demonstrating single channel OIs at 56 Gbps using binary modulation and 100 Gbps using multi-level modulation at an energy dissipation <1 pJ/bit. When applied to more advanced parallel OI architectures, enabled by the VCSEL arrays, this will allow for multi-Tbps aggregate interconnect capacities.
Popular science description
Optiska datakablar och förbindningar används i allt högre grad när kraven på bandbredd och kapacitet ökar. I datacenter (internets knutpunkter) kommunicerar tusentals servrar, switchar och annan utrustning via optiska datakablar. I superdatorer och andra kraftfulla datorsystem används hundratusentals optiska förbindningar för att skyffla stora mängder data mellan processorer och minnen. Även standarder för konsumentkablar (USB, Thunderbolt) kommer nu med optiska lösningar för höga datatakter. Dagens parallella optiska datakablar har en maximal kapacitet på ca 100 Gbit/s. För att möta krav på större kapacitet och energieffektivitet måste datatakten på ca 10 års sikt öka med en faktor 100 (till ca 10 Tbit/s) samtidigt som energiförbrukningen måste sänkas med en faktor 10. Detta kommer inte att vara möjligt med en vidareutveckling av nuvarande teknik och därför behövs nya tekniska koncept och lösningar. Projektet syftar till att utveckla sådana koncept och lösningar genom tvärvetenskaplig forskning som samlar expertis inom optoelektronik, elektronik och optisk kommunikation. En stor del av projektet ägnas åt den halvledarlaser som används i sändaren för att omvandla den elektriska signalen till en optisk. Här utvecklas och testas nya laserdesigner för ökad bandbredd och lägre energiförbrukning. Även matriser av lasrar, som gör det möjligt att exploatera nya parallella förbindningsarkitekturer, utvecklas här. I en annan del av projektet utvecklas nya driv- och mottagarkretsar och metoder för integrering med lasrar och detektorer i sändar- och mottagarmoduler. Även här står större bandbredd och förbättrad energieffektivitet i fokus. I en tredje del av projektet testas nya sändare och mottagare i en testbädd där de länkas samman med optisk fiber. Här utvecklas och utvärderas också nya modulationsformat och elektroniska kompenseringmetoder som båda tillåter en ökning av datatakten för en given bandbredd. Ett konkret mål med projektet är att nå en kanalhastighet på 56 Gbit/s med binär modulering och 100 Gbit/s med multi-nivå modulering vid en energiförbrukning på ca 1 pJ per bit. Dessa kanalhastigheter förväntas bli viktiga i kommande standarder. Med parallella förbindningsarkitekturer och lasermatriser när vi då en total kapacitet på flera Tbit/s. Projektet involverar tre forskargrupper vid Chalmers. Genom nära samarbete med svensk industri (TE Connectivity och Transmode) möjliggör vi effektiv tekniköverföring och tidigt utnyttjande av resultat.