TWILIGHT kick off meeting 18-19/12/2019 at NTUA

Πραγματοποιήθηκε με επιτυχία το kick off meeting του έργου TWILIGHT που συντονίζει η ομάδα του PCRL.

Σκοπός του έργου TWILIGHTείναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη ολοκληρωμένων οπτοηλεκτρονικών διατάξεων για την δημιουργία,τη λήψη και τη μεταγωγή οπτικών σημάτων συνολικού ρυθμού μετάδοσης 1.6 Tb/s,με στόχο την υποστήριξη υψίρρυθμων οπτικών δικτύων διασύνδεσης εντός  και εκτός υπολογιστικών κέντρων δεδομένων. Για την επίτευξη αυτού του σκοπού το TWILIGHTέχει σαν επιμέρους στόχους α) την ανάπτυξη πλήθους ενεργών και παθητικών οπτικών στοιχείων και την ολοκλήρωσή τους σε σύνθετα φωτονικά κυκλώματα σε τεχνολογία λεπτών μεμβρανών InP (system-on-chipPICs),β) την ανάπτυξη γρήγορων ηλετρονικών κυκλωμάτων και την ολοκλήρωσή τους σε συστοιχίες ανά δισκίο σε τεχνολογία InP-HBT, γ) την διασύνδεση των φωτονικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων και των ηλεκτρονικών διατάξεων σε επίπεδο δισκίου (wafer-scaleco-integration) και δ) την συγκέντρωση των παραπάνω με τα απαιτούμενα ηλεκτρονικά κυκλώματα οδήγησης για την δημιουργία πομποδεκτών υπερυψηλών ρυθμών μετάδοσης και οπτικών μεταγωγέων γρήγορης απόκρισης.

Πιο συγκεκριμένα, τα επιμέρους δομικά στοιχεία που θα αναπτυχθούν στην διάρκεια του έργου είναι: α) διαμορφωτές laser ηλεκτρο-απορρόφησης (Electro-absorptionmodulatedlasers) και φωτοδίοδοι με φασματικό εύρος λειτουργίας πάνω από 100 GHzκαι συστοιχίες αυτών ώστε να υποστηρίζουν μετάδοση πληροφορίας 112 Gbaud ανά κανάλι, β) ημιαγώγιμοι οπτικοί ενισχυτές με απόκριση nsκαι επιλογή στην ευαισθησία της πολωσιμότητας του σήματος και γ) παθητικοί πολυπλέκτες και αποπολυπλέκτες, πάνω στην ίδια φωτονική πλατφόρμα InPμεμβρανών με χρήση μεθόδων επιλεκτικής ανάπτυξης (SelectiveAreaGrowth)και στόχο τη λειτουργία των πομποδεκτών και στα δύο τηλεπικοινωνιακά παράθυρα 1.3 μm1.55 μm. Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα που θα αναπτυχθούν σε τεχνολογία InP-HBTείναι α) κύκλωμα οδήγησης του οπτικού διαμορφωτή laser ηλεκτρο-απορρόφησης αποτελούμενο από ηλεκτρονικό αναλογικό πολυπλέκτη 2:1 και ενισχυτή υψηλού φασματικού εύρους και β) κύκλωμα ηλετρονικής ενίσχυσης και αποπολυπλεξίας για την λήψη και επεξεργασία του οπτικού σήματος στο δέκτη.

Για την συγκέντρωση τωνπομποδεκτών, θα σχεδιαστεί και θα αναπτυχθείηλεκτρονική πλακέτα με γραμμές ταχυτήτων 56 Gb/sη οποία θα φιλοξενεί τα επιμέρους υποσυστήματα υπό τη μορφή multi-chip-modules (MCM) καθιστώντας δυνατή την διεπαφή με το ASICswitchchipτων ψηφιακών δρομολογητών σε πολύ κοντινές αποστάσεις. Κατά αυτό τον τρόπο δύναται να πραγματοποιηθεί το άλμα από τα 400 GbE(σημερινό πρότυπο με υλοποίηση βασισμένη στα 28 Gbaudανά κανάλι) στα 1.6 TbE(112 Gbaudανά κανάλι), δηλαδή δύο γενεών τεχνολογίας μετά,  το οποίο είναι αποδεκτό στην επιστημονική κοινότητα ότι δεν μπορεί να επιτευχθεί με την έως τώρα υβριδική ολοκλήρωση οπτοηλεκτρονικών στοιχείων και τα ισχύοντα πρότυπα συσκευασίας (QSFP, OSFPpluggables).

Με βάση τις παραπάνω τεχνολογίες και μεθόδους ολοκλήρωσης και συσκευασίας το TWILIGHTέχει σαν τελικό στόχο να επιδείξει:

• Έναν τετρα-κάναλο οπτικό πομπό και έναν τετρα-κάναλο οπτικό δέκτη για τη μετάδοση δεδομένων στα 800 Gb/s και σε αποστάσεις έως 2 km (intra-dataceterinterconnection) με μήκος κύματος λειτουργίας στα 1.3 μm.
• Έναν τετρα-κάναλο οπτικό πομπό και έναν τετρα-κάναλο οπτικό δέκτη για μετάδοση δεδομένων στα 800 Gb/s και σε αποστάσεις 10 έως 40 km (inter-dataceterinterconnection) με μήκος κύματος λειτουργίας στα 1.55 μm.
• Έναν 4Χ4 οπτικό μεταγωγέα για την οπτική διασύνδεση πομποδεκτών σε επίπεδο boardμέσα στο rackενός υπολογιστικού κέντρου δεδομένων ή για την διασύνδεση οπτικών κόμβων στο δίκτυο πρόσβασης και στην διεπαφή αυτού με το μητροπολιτικό δίκτυο.
• Έναν οκτα-κάναλο οπτικό πομποδέκτη για τη μετάδοση δεδομένων στα 1.6 Τb/s και σε αποστάσεις έως 2 km (intra-dataceterinterconnection) με μήκος κύματος λειτουργίας στα 1.3 μm.
• Έναν οκτα-κάναλο οπτικό πομποδέκτη για τη μετάδοση δεδομένων στα 1.6 Τb/s και σε αποστάσεις 10 έως 40 km (intra-dataceterinterconnection) με μήκος κύματος λειτουργίας στα 1.55 μm.
• Έναν 16Χ16 οπτικό μεταγωγέα για την διασύνδεση TOR (top-of-rackswitches) σε υπολογιστικά κέντρα δεδομένων.

Τέλος, το TWILIGHTθα αναπτύξει τα απαραίτητα εργαλεία για την ψηφιακή επεξεργασία των οπτικών σημάτων με διαμόρφωση PAM-4 στα 112 Gbaudανά κανάλι και θα διερευνήσει την ανάπτυξη και τη χρήση αλγορίθμων FEC για μετάδοση στις πιο μακρυνές αποστάσεις που φτάνουν τα 40 km.

Αναμενόμενα αποτελέσματα του έργου:

Το έργο TWILIGHT αναμένεται να επιφέρει πολλά οφέλη στα οπτικά δίκτυα διασύνδεσης κέντρων δεδομένων τα σημαντικότερα από τα οποία είναι:

• Αναβάθμιση στην ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων από 400GbE σε 1TbE με ενδιάμεσο σταθμό τα 800GbE, και αυτόματη αναβάθμιση της συνολικής χωρητικότητας των ψηφιακών δρομολογητών από 12.8Τ σε 51.2Τ.
• Πολύ γρήγορος χρόνος απόκρισης για την μεταγωγή οπτικών σημάτων ο οποίος είναι προαπαιτούμενο για σύγχρονες εφαρμογές IoT (Internetofthings) και 5G σε συνδυασμό με νέες αμιγώς οπτικές αρχιτεκτονικές δρομολόγησης δεδομένων.
• Μείωση του αποτυπώματος μεγέθους των πομποδεκτών και των οπτικών μεταγωγέων πάνω από 50% λόγω α) της μονολιθικής ολοκλήρωσης των φωτονικών κυκλωμάτων στην πλατφόρμα οπτικών μεβρανών InP η οποία προσφέρει ισχυρό οπτικό περιορισμό, μικρές απώλειες διάδοσης και κυματοδήγηση του φωτός με δυνατότητα στενών ημιδακτυλίων (tightbends) και β) της διασύνδεσης των φωτονικών και των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε επίπεδο δισκίου.
• Ευελιξία στην φωτονική ολοκλήρωση σύνθετων δομών οπτικών μεταγωγέων με μεγάλο αριθμό θυρών και οπτικών πομποδεκτών μεγάλων συστοιχιών με αποτέλεσμα την δυνατότητα αναβάθμισης των βαθμών διασύνδεσης των οπτικών μεταγωγέων και το συνολικό ρυθμό μετάδοσης των οπτικών πομποδεκτών, αντίστοιχα (scalability).
• 4 φορές λιγότερη απαιτούμενη κατανάλωση ενέργειας για τους οπτικούς πομποδέκτες που προορίζονται για εφαρμογές διασύνδεσης μέσα στο υπολογιστικό κέντρο (έως 2 km)και εφαρμογές διασύνδεσης κέντρων δεδομένων από 2 έως 10 km.
• Μείωση της απαιτούμενης κατανάλωσης ενέργειας κατά 74% για τους πομποδέκτες που προορίζονται για τη διασύνδεση υπολογιστικών κέντρων 10-40 km.
• Βελτίωση της διαχείρισης κλιματισμού των ψηφιακών δρομολογητών η οποία απορρέει από την δημιουργία των MCM με αποτέλεσμα την μείωση της συνολικής απαιτούμενης κατανάλωσης για την ψύξη των συστημάτων των υπολογιστικών κέντρων.

Δείτε περισσότερα στο site του έργου: https://ict-twilight.eu/