データセンターとの相互接続ソリューションとは何ですか

伝統的なアプローチとモダンなアプローチ

ただし、Horizo​​ntal Scalingは、ケーブルコストの増加とスイッチングの複雑さの増加をもたらし、データセンターの相互接続ソリューションの将来の世代のための実行可能であるが制限された短い-用語ソリューションになります。最初にスーパーコンピューティングドメインで提案されていたハイブリッドオプトエレクトロニクスネットワークは、広範な注目を集めており、複数の研究チームが同時にデータセンター環境への適用を提案しています。

3。on - chip光ネットワーク

3.2導波路技術の進歩

{- Chip光ネットワークアーキテクチャと関連する基本デバイスで広範な研究が行われています。光学導波路は、信号の品質と損失のパフォーマンスの着実な改善を示しています。光学導波路の損失特性は、幾何学的構造と製造プロセスに依存します。

最近の開発により、（0.272±0.012）dB/cmの透過損失を伴うストリップ導波路と5μMの成分フォトニックベンド導波路を含むストリップ波動ガイドを含む、挿入損失が非常に低いハイブリッドシリコン導波路回路が生成されました。

OracleとKoturaは、C -バンドで0.274 dB/cmの平均透過損失を伴う低い-浅い尾根シリコン波動管を示しました。さらに、新しい浅いエッチング技術が調査中であり、データセンターの相互接続ソリューションの導波路性能のさらなる改善を約束します。

 

導波管のパフォーマンスメトリック

トランスミッション損失（ストリップ導波路）0.272 dB/cm

曲げ損失（半径5μm）0.0273 dB/90度

浅いリッジ波動ガイド（C -バンド）0.274 dB/cm

3.3 High -速度変調技術

High -速度モジュレーターは、光リンクのコアコンポーネントです。両方のシリコン-ベースのMACH - Zehnderモジュレーターと電動制御リング共振器は、大きな進歩を遂げました。リング共振器の基本構造は、波長-選択的な結合の原理に基づいて動作します。

送信された波長が共振器の共振範囲内にない場合（リング周囲が光波長の整数倍ではない場合）、光信号はバイパス出力ポートに直接通過します。逆に、送信された波長が共鳴領域内にある場合、入力光信号はリング共振器にカップルし、次にドロップポートにカップルされます。

MACH - Zehnderモジュレーター

 広範な帯域幅の機能

線形応答特性

-確立されたテクノロジー

 チップ上のより大きなフットプリント

より高い駆動電圧要件

 

リング共振器モジュレーター

ultra - コンパクトサイズ

低消費電力

波長分割多重化を有効にします

温度に敏感

より狭い帯域幅

多くの研究グループは、消費電力を削減し、帯域幅を増やし、製造耐性を改善するための新しい技術を開発しています。最近のデモンストレーションには、CMOS {-互換プロセスを使用した40 GB/sすべて-シリコン光モジュレーターが含まれ、TEとTMの両方の偏光モードで6.5 dBに近づく絶滅比を達成します。

Intelは、フリー-キャリアプラズマ分散効果に基づいて高-速度シリコン光モジュレーターを紹介しました。移動-波構造設計は、最大40 GB/sのデータ伝送速度で約30 GHzの3 dB帯域幅を達成しました。

3.4電力効率の革新

Low - Power Silicon Photonicsは、シリコン-ベースのモジュレーターの重要な要件を表し、この分野での広範な研究努力があります。 Oracleは、100 FJ/b未満のドライバー回路消費電力を備えた標準リング共振器を実証しました。垂直ジャンクションマイクロドモジュレーターの分析により、ウルトラ-低電力電位が明らかになり、最初のシリコンモジュレーターのデモンストレーションが100 FJ/b未満の消費電力を達成しました。

リング共振器モジュレーターとフィルターに基づくスペクトルアライメントネットワークは、{-チップ光ネットワークドメインで適用されています。ブロードバンド光スイッチでは、データセンターの相互接続ソリューションに同様にアプリケーションが見つかりました。最近の開発には、マルチ-波長高-速度2×2シリコン光スイッチが含まれています。これらのシリコン光スイッチは、2つのマイクロリング共振器を使用して、バーと交差状態を達成します。

5。ネットワークアーキテクチャの革新

5.1ハイブリッドネットワークトポロジ

データセンターの相互接続ソリューションの進化により、光学と電気の両方のスイッチングの利点を組み合わせた革新的なハイブリッドネットワークトポロジが生まれました。これらのアーキテクチャは、コントロールと短いメッセージのパケットスイッチングの柔軟性を維持しながら、バルクデータ転送用の光学回路の高い帯域幅と低潜時を活用します。

トラフィックパターンに基づく光回路の動的割り当ては、ネットワーク全体のパフォーマンスとエネルギー効率の大幅な改善を示しています。

最近の実装では、ハイブリッドアーキテクチャが、従来のすべての-電気ネットワークと比較して、最大60％の消費電力を達成できることが実証されており、一般的なデータセンターワークロードに同等または優れたパフォーマンスを提供します。成功の鍵は、再構成可能な光学層を効果的に利用できるインテリジェントなトラフィック管理と予測アルゴリズムにあります。

5.2ソフトウェア-定義された光ネットワーク

7。製造および展開の考慮事項

7.1 CMOS互換性とスケーラビリティ

上記の議論を通じて、-チップネットワークのシリコンフォトニックを含むデバイスが実験室の設定でほぼ検証されており、多数のネットワークアーキテクチャが提案されていることがわかります。デバイスのパフォーマンスを改善し、消費電力を削減し続けることは依然として重要ですが、製造可能性の研究開発に向けてより大きな努力がシフトしています。

これには、標準のCMOプロセスとのコスト、利回り、および互換性の考慮事項が含まれます。

実験室のデモンストレーションから商業製品への移行には、多くの実際的な課題に対処する必要があります。プロセスの耐性、パッケージングの複雑さ、およびテスト方法論はすべて、シリコンフォトニクスに基づくデータセンターの相互接続ソリューションの実行可能性を決定する上で重要な役割を果たします。ウェーハ-スケールのテストと自動アセンブリの最近の進捗により、光相互接続展開のコスト障壁が大幅に削減されました。

7.2信頼性と生涯考慮事項

データセンター環境での光相互接続の信頼性が最重要です。コンポーネントは、長年にわたって安定した性能を維持しながら、高温での連続動作に耐える必要があります。加速老化テストは、適切に設計されたシリコンフォトニックデバイスが、従来の電子相互接続の信頼性要件を満たすか、それを超えることができることを示しています。

カップリングインターフェイスの安定性、光学成分の長い-用語ドリフト、および空間および高-}}}}}}の高度応用に誘導される放射-の影響の影響に特に注意を払う必要があります。冗長性と自己-ヒーリングメカニズムは、コンポーネントの障害が存在する場合でも継続的な動作を確保するために、データセンターの相互接続ソリューションに組み込まれています。