洛桑联邦理工学院
支持数据中心超快光电路交换的光子集成平台示例
信用:阿基尔·艾哈迈德/EPFL EPFL和微软研究公司的科学家利用基于芯片的孤子梳激光器和完全无源的衍射光栅装置演示了超快光电路交换
这种特殊的架构可以使高能效的光学数据中心满足未来巨大的数据带宽需求
所有超大规模云提供商(如微软)提供的服务都是由拥有数十万台服务器的大型数据中心提供的，这些服务器的性能在很大程度上取决于它们之间的网络质量
当前的数据中心网络包括通过光纤互连的多层电子分组交换机
这些系统需要电光转换，这增加了成本和功率开销
更糟糕的是，由于人工智能和数据分析等应用而导致的数据速率增长可能会与摩尔定律的放缓相一致，这将使有效扩展依赖电子芯片的当前网络架构变得极其困难
光电路交换机(OCS)正在成为克服数据中心带宽和扩展问题的令人兴奋的选择
一种特别有前途的OCS体系结构是波长交换，其中不同的服务器使用不同颜色(波长)的光连接，导致更平坦的网络体系结构，并限制了对电开关和光收发器的需求
交换不同波长的光并将信号路由到目的服务器是由交换元件e完成的
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一种玻璃棱镜，通过它不同的波长可以被色散分开
尽管OCS技术目前已经商业化，但速度非常慢，这意味着它们无法在处理日益突发的数据中心应用程序的同时，适当利用网络资源来降低开销和提高功耗
在《自然通讯》发表的一篇新论文中，由托比亚斯·J教授领导的研究小组
EPFL的基彭伯格和博士
微软剑桥研究院的Hitesh Ballani通过使用基于芯片的光学器件，成功地展示了数据中心的超快OCS
这些研究团队自2018年以来一直作为微软瑞士联合研究中心的一部分进行合作
在所提出的结构中，光学微束充当提供相干载波的多波长源
基于半导体材料的光放大器和阵列波导光栅分别执行切换和分离或组合不同颜色的光
由Kippenberg小组首创的光学微mbs提供了数百个等距间隔的载体，适用于许多应用
通过使用芯片级氮化硅微谐振器，通过非线性频率转换来产生微束源，与传统上用作多波长源的激光器阵列相比，该微束源在功率和尺寸上具有独特的优势
氮化硅微谐振器采用光子镶嵌工艺制造，这是一种与CMOS兼容的技术，具有超低传播损耗，这对于制造高能效微谐振器源至关重要
使用商业铸造厂制造的芯片级磷化铟基光放大器在亚纳秒时间尺度下实现不同颜色光之间的切换
这种不同microcomb载体之间的超快速切换对于满足现代和未来数据中心应用的性能要求非常重要
概念验证和系统级演示表明，可以实现逐包交换的数据传输，因此有可能满足数据中心应用的要求
最后，研究人员提出了一种独特的架构，该架构采用中央梳状系统来提高能效并降低复杂性
Kippenberg说:“自2014年发现以来，孤子微束已被用于许多关键的系统级应用，如激光雷达、长距离数据传输和光学相干断层扫描。”
“microcombs在数据中心满足未来带宽需求和降低功耗的潜在用途进一步巩固了该平台对于科技应用的重要性
" Ballani表示:“我们对光学微总线的巨大潜力很感兴趣，因此能够与EPFL团队合作，将他们世界领先的氮化硅微总线技术应用于我们的数据中心网络，这是一件非常棒的事情。”
“虽然要能够大规模运行我们的架构还有很长的路要走，但microcombs和其他片内光学器件性能的快速提升意味着性能增益可能会更高
来自微软研究院的合著者保罗·科斯塔补充道，“这一合作是一个很好的例子，说明我们是如何通过与我们的学术合作伙伴一起开发和利用尖端光学技术，从头开始重新想象我们网络的未来的。”
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