Optiska datakablar med multi-Tbit/s kapacitet
- Diarienummer
- SE13-0014
- Start- och slutdatum
- 140301-200630
- Beviljat belopp
- 30 142 130 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Den exponentiella ökningen av internettrafik och datorkapacitet ställer allt högre krav på de optiska kablar och förbindningar som i allt högre grad används för dataöverföring. På lång sikt räcker inte en vidareutveckling av nuvarande teknologier utan nya koncept och tekniska lösningar behövs för att möjliggöra optiska förbindningar med en kapacitet på flera Tbit/s, mer avancerade förbindningsarkitekturer och väsentligt lägre energiförbrukning. Projektet syftar till att göra detta möjligt genom tvärdisciplinär forskning med expertis inom optoelektronik, elektronik och optisk kommunikation och fokuserar på lösningar baserade på vertikalkavitetslasrar (VCSELs) och multimodfibrer. Vi kommer att utveckla nya generationer av komponenter och kretsar för snabbare och mer effektiva sändare och mottagare, lasermatriser för nya förbindningsarkitekturer som utnyttjar mer avancerade former av rums- och våglängdsmultiplexering, och vi kommer att applicera nya modulationsformat med bättre spektral effektivitet samt nya metoder för elektronisk kompensering. Genom nära samarbete med svensk industri möjliggör vi effektiv tekniköverföring och tidigt utnyttjande av resultat. Mer specifikt siktar vi på att demonstrera optiska förbindningar med en kanalkapacitet på 56 Gbit/s vid binär modulering och 100 Gbit/s vid multinivåmodulering, i båda fallen med en energiförbrukning <1 pJ/bit. Med parallella förbindningsarkitekturer och lasermatriser når vi då en total kapacitet på flera Tbit/s.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.