Un ricevitore ottico con tecnologia CMOS per abbattere i costi

Alcuni ricercatori del centro di ricerca Ibm di Zurigo, in occasione dell'edizione 2017 del Symposium on VLSI Technology and Circuits di Kyoto, hanno illustrato un ricevitore ottico a 60gb/s in un singolo canale, costruito con tecnologia CMOS, a un costo che si stima essere inferiore rispetto alle normali interconnessioni in rame.

Il ricevitore ottico è stato misurato con un trasmettitore di referenza basato su Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL).

Nel corso dell’evento è stato dimostrato un consumo estremamente più basso rispetto al lavoro condotto da altre tecnologie che operano nello stesso campo.

In particolare, si parla di circa 120mW per il solo ricevitore, per un consumo complessivo del ricetrasmettitore completo che dovrebbe poter stare al di sotto dei 300mW.

L'autore

Alessandro Cevrero ha conseguito la laurea magistrale e la laurea in ingegneria elettrica presso l'Istituto Federale della Tecnologia di Losanna, Svizzera, rispettivamente nel 2007 e nel 2014. È in Ibm Research a Zurigo dal 2014, dove attualmente sta lavorando su un circuito analogico per la connessione I/O ad alta velocità, alla silicon validation in 14 nanometri FinFET e alle future generazioni di server e ASIC. I suoi interessi di ricerca includono collegamenti I/O ad alta velocità, produzione CMOS e tecnologia di integrazione 3D.

Questo valore è più basso rispetto alle altre soluzioni basate su silicio germanio, usate nei centri di elaborazioni dati di generazione corrente.

Il processo CMOS permette di realizzare un dispositivo compatto, i bassi consumi danno modo di avvicinarlo al processore o al chip di switching, fino addirittura ad inserirlo nello stesso package o sullo stesso chip del processore offrendo un'ampia larghezza di banda direttamente dal processore o dal chip di switching fino a 100 metri. 

Questa distanza permette tranquillamente di coprire le esigenze di comunicazione processore-processore, processore-memoria, o server-server.

La possibilità di realizzare il dispositivo con tecnica CMOS ha permesso a Ibm di raddoppiare la velocità di trasmissione e per questo di ridurre il costo/Gbps della metà.

Le altre realtà del panorama tecnologico che portano avanti la ricerca in questo campo, come per esempio Intel, usano le tecniche di Silicon Photonics per modulare la luce di un laser III-V e realizzare un ricetrasmettitore ottico a 25 gigabit al secondo. Intel combina quattro canali per ottenere 100 gigabit al secondo, ma con costi e consumi molto più elevati.

Il prototipo che Ibm ha realizzato funziona con una lunghezza d'onda di 850 nanometri, che corrisponde alla lunghezza d'onda standard per i collegamenti ottici a corto raggio basati su VCSEL.

Fino a oggi i collegamenti ottici non venivano presi in considerazione per i costi molto elevati. I collegamenti elettrici, comunque, hanno bisogno di un'equalizzazione complessa quando si passa ad elevate velocità e quindi richiedono più potenza. Inoltre la loro distanza è limitata a circa 1-2 metri, rispetto ai 100 metri della soluzione ottica di Ibm.

Sono allo studio possibili margini di miglioramento, con ipotesi di realizzare un prototipo ad oltre 70Gb/s. Al momento, non esistono dispositivi ottici cosi veloci per avere trasmissioni a queste velocità, quindi l’applicazione pratica di velocità pari o superiori a 70Gb/s diventerà molto interessante nei prossimi anni

 

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