I ricercatori IBM hanno presentato oggi un prototipo di tecnologia in grado di portare enormi quantità di banda, in modo efficiente dal punto di vista energetico, a tutti i tipi di macchine - dai telefoni cellulari ai supercomputer - che potrebbe rivoluzionare il nostro modo di accedere, utilizzare e condividere le informazioni tra applicazioni diverse.
La nuova tecnologia utilizza la luce anziché i fili per inviare le informazioni e potrebbe consentire, ad esempio, la trasmissione di 8 terabit al secondo di informazioni - equivalenti a circa 5.000 video stream ad alta definizione - utilizzando la potenza di una singola lampadina da 100 watt.
Un'ampiezza di banda di questo tipo può aumentare l'efficienza energetica nei data center e accelerare la condivisione di grandi insiemi di dati: scienziati che elaborano informazioni per scoprire nuovi farmaci o simulano il comportamento di sistemi complessi tramite modelli numerici o effettuano previsioni meteorologiche; persone che condividono film utilizzando dispositivi o inviano in pochi secondi immagini ad alta definizione a uno specialista per una diagnosi mentre il paziente è in ambulatorio.
Questo prototipo di "collegamento ottico ecologico" è studiato per soddisfare i requisiti di banda del supercomputing a peta ed esa-flop, segnando un passo avanti significativo rispetto al lavoro presentato dallo stesso team di ricerca un anno fa. La nuova tecnologia inserisce chip ottici e bus dati ottici in un unico package realizzato con componenti standard.
"Lo scorso anno abbiamo presentato un circuito dotato di un transceiver (transmitter-receiver) ottico, in grado di trasmettere un film ad alta definizione in meno di un secondo, utilizzando parti e processi specificatamente progettati e realizzati per questo scopo. Appena un anno dopo, abbiamo collegato quei circuiti ad alta velocità, attraverso schede a circuiti stampati dotate di "conduttori" ottici densamente integrati. Ora abbiamo costruito un transceiver ancora più veloce, non con pezzi personalizzati ma utilizzando solamente strumenti e componenti standard e disponibili sul mercato", spiega Clint Schow, IBM Researcher e componente del team che ha costruito il prototipo. "Non si tratta di esperimenti teorici o di chip che lavorano nelle condizioni particolari di laboratorio, bensì di circuiti che potrebbero essere disponibili nel mercato nei prossimi due anni. L'innovazione sta nel fatto che realizziamo l'ottica con lo stesso tipo di packaging dell'elettronica".
Caratteristiche tecniche
Le schede dotate di supporto ottico, o "Optocard", impiegano un fascio di guide d'onda ottiche a bassa perdita, costituite da polimeri, per condurre la luce tra i trasmettitori e i ricevitori. Il bus dati completo realizzato con queste Optocard è costituito da un elevato numero di canali ad alta velocità, e ne permette anche la compattazione per ottenere una densità senza precedenti: ogni canale della guida d'onda ha dimensioni inferiori a quelle di un capello. L'approccio di packaging per il sistema completo è esclusivo, perché utilizza un'integrazione dei chip ibrida per produrre un modulo ottico altamente integrato, o "Optochip".
L'Optochip è un assemblaggio multicomponente in 3D, realizzato con processi di saldatura superficiale tradizionali, simili a quelli attualmente utilizzati nella produzione di massa di circuiti elettrici.
Il bus dati da 10 Gb/canale è la prima dimostrazione in assoluto di un datalink ottico integrato, da modulo a modulo, dotato di 32 canali e realizzato su una scheda a circuiti stampati. La necessità di comunicazioni fotoniche ad elevata ampiezza di banda tra chip o moduli è oggetto di discussione nella letteratura tecnica da più di un decennio, e sono stati prodotti a scopo dimostrativo solo vari piccoli sottoinsiemi di questa tecnologia. IBM ha assemblato una soluzione integrata e pienamente funzionale, che rappresenta un progresso significativo nel campo delle interconnessioni ottiche a livello di chip. Dimostrando la fattibilità dell'ottica parallela ad alta densità, IBM ha reso più vicina la prospettiva di un impiego nel mondo reale di interconnessioni ad alta capacità tra i chip.
Oltre al bus dati ottico, IBM ha sviluppato anche un modulo transceiver ottico parallelo, con un elevato numero di canali e una maggiore velocità di funzionamento: 24 trasmettitori e 24 ricevitori, che operano ciascuno a 12.5 Gb/s. La velocità di trasferimento dati bidirezionale totale che ne deriva è senza precedenti: 300 Gb/s, quasi il doppio delle prestazioni della generazione precedente. Rispetto ai moduli ottici attualmente in commercio, il transceiver fornisce una banda di 10 volte maggiore in 1/10 del volume, a parità di consumo di potenza. Per consentire una produzione di volume a basso costo, il nuovo transceiver utilizza dei laser a cavità verticale (VCSEL) standard da 850 nm: versioni ad alta velocità dei dispositivi economici che si trovano in molti mouse dei computer. Concentrandosi sulla combinazione innovativa di tecnologie a basso costo e a bassa potenza, quali VCSEL e chip CMOS, IBM apre la strada a un'adozione diffusa delle comunicazioni ottiche.