Optical Interconnects for Harsh Computing Environments
- Reference number
- CHI19-0004
- Project leader
- Andrekson, Peter
- Start and end dates
- 210101-251231
- Amount granted
- 29 028 105 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
Optical interconnects (OIs) are increasingly used to provide the interconnect bandwidth, bandwidth density, and energy efficiency needed in high-performance computing systems, whether being a large-scale datacenter or a single high-capacity signal processing unit. Future OIs for datacenters, automotive networks, and advanced radar systems will require operation under very harsh conditions, at much higher temperatures and over a much larger temperature range. This is a considerable challenge and calls for the development of a new generation high-temperature optoelectronic components and electronic ICs, more tolerant to temperature variations, and for exploring adaptivity to compensate for large variations of the optical channel response. We will enable this by bringing together leading expertise in optoelectronics, electronics, and optical communication. We will develop a new generation high-temperature lasers and driver/receiver ICs, tolerant to temperature variations, and explore, for the first time, channel monitoring and adaptivity of signal parameters in real time to sustain the highest possible OI data throughput over temperature. We aim at demonstrating VCSEL-based OIs up to 112 Gbps over -40 – 125C at an energy consumption <5 pJ/bit, which is considerably beyond state-of-the-art. Technology transfer and early exploitation of results is facilitated by close collaboration with Swedish industry (Volvo Cars, Saab Surveillance, OptiGOT) and their active participation.
Popular science description
Infrastrukturen i våra informations- och kommunikationssystem består av kraftfulla datorer och nätverk för överföring av data med hög kapacitet. Allt snabbare behandling, lagring och överföring av data gör att t.ex. internettrafiken kan öka exponentiellt för att tillgodose ett ökande behov av tillgång till och lagring av allt större datamängder. Kapaciteten hos kraftfulla beräkningsystem, från stora serverhallar och superdatorer till mindre system för speciella tillämpningar, begränsas till stor del av dom förbindningar som skickar data mellan utrustning med processorer, minnen och switchar och mellan elektriska kretsar inne i sådan utrustning. En stor del av effektförbrukningen sker också i dessa förbindningar. För att kunna öka datatakterna och minska effektförbrukningen ersätts därför elektriska förbindningar i allt högre grad med optiska. I t.ex. serverhallar används idag fiberoptiska datakablar för att koppla samman en mängd servrar och switchar, med dom optiska modulerna monterade på frontpanelen där temperaturvariationerna är måttliga. Med ökad beräkningskapacitet måste dock modulerna monteras inne i utrustningen, nära dom elektroniska kretsar som behandlar, lagrar och switchar data. Det betyder att dom optiska modulerna måste arbeta vid betydligt högre temperaturer och över ett betydligt större temperaturintervall. Ännu högre temperaturer och större temperaturvariationer förväntas för optiska nätverk i fordon som kommer att behövas för mer avancerad förarassistans och självkörande fordon där ett stort antal sensorer och aktuatorer måste kommunicera med kraftfulla signalbehandlingsenheter vid höga datatakter. Försvars- och militära tillämpningar, som avancerade radarsystem, har liknande krav. Syftet med projektet är att genom avancerad forskning utveckla nya optoelektroniska komponentteknologier, elektroniska kretsteknologier och optiska signalmetoder som gör att optiska datalänkar kan fungerar vid betydligt högre temperaturer och över ett mycket större temperaturintervall än vad som är möjligt med dagens teknik. I projektet ingår fyra forskargrupper vid Chalmers, med expertis inom optoelektronik, elektronik och optisk kommunikation, och tre svenska företag med stort intresse för och kompetens kring datalänkar och nätverk för fordon (Volvo Cars), radarsystem (Saab Surveillance) och serverhallar (OptiGOT). På så sätt kan projektet riktas mot mål av relevans för svensk industri och resultaten kan komma industrin tillgodo i ett tidigt skede.