Sfondo
I progressi nella potenza di elaborazione delle CPU hanno aumentato significativamente le capacità di elaborazione dati dei server. Ora, grazie al miglioramento della tecnologia di virtualizzazione che consente a una singola CPU di eseguire più processi, il volume di dati che transita tra le CPU e tra le CPU e le periferiche è aumentato drasticamente. Mentre i server odierni utilizzano interconnessioni ottiche in grado di raggiungere velocità di trasmissione dati di 10 Gbps per canale, le aspettative future indicano server capaci di raggiungere i 25 Gbps. Inoltre, come mostrato in Figura 1, si prevede che le interconnessioni ottiche saranno utilizzate non solo per la comunicazione dati tra server, ma anche tra schede all'interno di un server, poiché velocità di trasmissione dati superiori sono difficili da raggiungere con le comunicazioni elettriche.
L'implementazione di interconnessioni ottiche all'interno di un server richiede un ricetrasmettitore ottico che converta i segnali elettrici in segnali ottici. Gli attuali ricetrasmettitori ottici hanno raggiunto velocità di trasmissione dati comprese tra 10 e 14 Gbps, pertanto la loro velocità è diventata un ostacolo al raggiungimento di velocità di trasmissione dati di 25 Gbps. Inoltre, gli attuali ricetrasmettitori ottici sono fisicamente ingombranti, il che ne rende difficile il posizionamento in prossimità di CPU o altri dispositivi. Questo è problematico perché il segnale elettrico che viaggia tra il dispositivo e il ricetrasmettitore ottico subisce perdite nella linea di trasmissione e interferenze che aumentano con la lunghezza del circuito elettrico. Ciò degrada la qualità del segnale e rende più difficile aumentare la velocità.
Nuovo ricetrasmettitore sviluppatoPer riuscire a produrre un ricetrasmettitore ottico compatto con l'ottica di interconnessione necessaria per la trasmissione dati ad alta velocità e ad alta larghezza di banda, Fujitsu Laboratories ha sviluppato un convertitore optoelettrico per convertire i segnali elettrici (ottici) in segnali ottici (elettrici) attraverso un dispositivo ottico.
Dettagli tecnologici.
1. Tecnologia dei circuiti ad alta velocità
Fujitsu Laboratories è riuscita ad aumentare la velocità grazie alla tecnologia dei circuiti integrati (IC) che gestiscono i dispositivi ottici. Ciò ha permesso di ottenere picchi e cali più rapidi delle forme d'onda del segnale ottico, anche in dispositivi ottici a basso costo con tempi di risposta non sufficientemente veloci. Inoltre, è stata implementata una tecnologia di circuiti che sopprime le riflessioni multiple che degradano la forma d'onda del segnale elettrico. Questo ha portato a un aumento della velocità di trasmissione dati dagli attuali 10-14 Gbps a 25 Gbps per canale.
2. Tecnologia di accoppiamento ottico compatta
Tradizionalmente, la trasmissione efficiente del segnale ottico tra convertitori optoelettrici e fibra ottica (accoppiamento ottico) richiedeva un'unità di accoppiamento ottico composta da una lente e un connettore ottico (Figura 3). Tuttavia, la lente era ingombrante e costosa. Questo nuovo progetto comprende un convertitore optoelettrico con un circuito stampato flessibile dotato di dispositivi ottici e circuiti integrati, consentendo la realizzazione di un ricetrasmettitore ottico compatto. Inoltre, Fujitsu Laboratories ha anche sviluppato una lente a foglio sottile, economica e impilabile sul lato inferiore del circuito stampato flessibile, superando le limitazioni sopra menzionate.
Queste tecnologie sono state utilizzate in un prototipo di convertitore optoelettrico a 4 canali x 25 Gbps. Con dimensioni di 22 mm x 9 mm x 0,86 mm (inclusi i componenti elettrici e di guida d'onda ottica integrati), il componente ottico ha dimensioni inferiori a un decimo di quelle dei componenti ottici convenzionali nei convertitori optoelettrici, mentre l'unità complessiva è stata ridotta a un terzo delle dimensioni tradizionali. Sfruttando il suo formato compatto, Fujitsu Laboratories ha sviluppato ricetrasmettitori ottici con i prototipi di convertitori optoelettrici montati su entrambi i lati. Sia i trasmettitori che i ricevitori utilizzano otto canali, con dimensioni compatte di 47,8 mm x 16 mm x 21,6 mm, consentendo ai dispositivi adiacenti, come la CPU sul circuito stampato, di occupare uno spazio minore.
Risultati
Queste tecnologie raggiungono 25 Gbps per canale in modo compatto ed economico, la capacità richiesta per le interconnessioni di prossima generazione. Ciò apre la strada a comunicazioni ad alta velocità e ad alta larghezza di banda nei server.
Progetti per il futuro
Fujitsu Laboratories prosegue la ricerca e lo sviluppo per applicare questa tecnologia ai server ad alte prestazioni, con l'obiettivo di renderla operativa entro tre anni. Prevede inoltre di estendere l'applicazione di questa tecnologia a un ambito più ampio, al fine di migliorare le prestazioni delle apparecchiature informatiche e di comunicazione.
