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超快光交换机，数据中心的拯救者 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2021-10-18

导读：在功率和尺寸方面具有独特的优势

近年来，随着机器学习、资源分解和大规模数据分析等新兴应用的崛起，并对网络在低延迟、高带宽和高可扩展性方面提出了严格的要求。但目前的数据中心网络主要由多层的电光交换机和光收发器等结构组成，这些结构需要大量的功率支持，且由于摩尔定律的放缓，使其更难满足当前网络架构的扩展需求。

于是，研究人员将目光转移到了其他替代技术，光电路交换机（OCS）便是其中最有潜力的选择。在OCS中，服务器之间可以直接进行光互联，无需光电转换，这使其可以提供高带宽、低功耗和低网络延迟的数据传输。尽管OCS技术如今已部分商用，但它们速度颇慢，急需一种可以在纳秒（ns）时间尺度上实现波长之间切换的集成器件，以有效支持动态数据中心的工作负载。为此，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Tobias J. Kippenberg教授和微软剑桥研究院的Hitesh Ballani博士等人基于芯片的孤子梳激光器和完全无源衍射光栅器件成功展示了一种用于数据中心的超快OCS，其相关内容已发表在《Nature Communications》中。

超快光电路交换光子集成平台示意图

在这种架构中，研究人员使用基于Si₃N₄的孤子光学微梳充当提供相干载波的多波长源，并在概念验证实验中证明了这种光束在离散半导体光放大器（SOA）的加持下可以在亚纳秒时间尺度上实现>20个独立光梳通道的切换。另外，这种光源是通过使用芯片级氮化硅微谐振器经非线性频率转换产生的，这使其与多波长源的激光阵列相比，在功率和尺寸方面具有独特的优势。

其系统级实验结果表明，当前多波长源的总电功率仅为30 W左右，可以提供超过60个的载波，且每个载波的光功率均大于-20 dBm。更重要的是，这种高功率梳状源可以通过添加无源光分路器和放大器的层次结构在多个构架之间实现共享，从而可以进一步的提升光功率和能量利用率。

Kippenberg教授对此也还补充道：“自2014年发现孤子微梳以来，它们已被用于许多关键的系统级应用，例如激光雷达、长距离数据传输和光学相干断层扫描等。而我们成功利用微梳实现数据中心宽带提升和功耗降低的研究，更是进一步巩固了该平台对科技应用的重要性。”

论文原文：https://doi.org/10.1038/s41467-021-25841-8

消息来源：https://phys.org/news/2021-10-ultrafast-optical-overwhelmed-datacenters.html