Modulator de siliciu atinge 200 Gbps cu procesare minimă a semnalului

Cum funcționează tehnologia luminii lente?

Cercetători de la Institutul de Știință Tokyo, Universitatea Națională Yokohama, Institutul Național pentru Științe Industriale Avansate și Asociația de Cercetare în Tehnologia Fotonică și Electronică au anunțat o inovație majoră: un modulator fotonic pe siliciu care atinge 200 gigabiți pe secundă folosind modulare cu amplitudine de impuls în patru niveluri (PAM-4). Dispozitivul funcționează la tensiune joasă și integrează un egalizator electrooptic pe cip, reducând drastic necesitatea de procesare digitală complexă a semnalului (DSP).

Noul modulator exploatează o structură de ghidare a luminii lente care intensifică interacțiunea dintre lumină și semnalul electric aplicat.

Prin integrarea unui egalizator direct pe cipul de siliciu, cercetătorii compensează pierderile și distorsiunile dependente de frecvență, care în mod tradițional necesită etape externe de DSP.

Această integrare permite modulatorului să mențină integritatea semnalului pe întreaga bandă de 200 Gbps, consumând mai puțină putere decât designurile convenționale.

Efectul luminii lente încetinește propagarea impulsurilor optice în ghidul de undă, mărind timpul efectiv de interacțiune dintre lumină și câmpul electric de modulare. Acest lucru crește eficiența modularei, permițând dispozitivului să funcționeze la tensiuni de pilotare mai joase.

Ce înseamnă asta pentru interconecturile optice?

Egalizatorul pe cip, realizat prin structuri rezonante ingeniate cu grijă, aplanarează răspunsul în frecvență și corectează dispersia cromatică. Împreună, aceste inovații reduc dependența de DSP extern, care de obicei consumă multă putere și adaugă latență.

În teste de laborator, modulatorul a atins o rată de date PAM-4 de 200 Gb/s cu o penalizare de putere de doar 1,2 dB comparativ cu un sistem de referință care folosea DSP la scară completă. Funcționarea la tensiune joasă — sub 1,5 V vârf-la-vârf — îl face compatibil cu drivere CMOS standard, deschizând calea pentru integrare cost-eficientă în interconecturile optice ale centrelor de date.

Capacitatea de a transmite 200 Gb/s pe lungime de undă fără DSP greoi simplifică arhitectura interconecturilor optice în medii de calcul de performanță ridicată și cloud. Prin reducerea consumului de putere și suprafeței de siliciu, noul modulator poate scădea costul total al legăturilor optice.

Mai mult, designul compact și la tensiune joasă se aliniază cu eforturile către fotonica pe siliciu ca tehnologie mainstream pentru rețelele de centre de date din generația următoare.

Cum atinge noul modulator fotonic 200 Gbps cu DSP redus?

Analizatorii din industrie sugerează că această dezvoltare ar putea accelera implementarea transceivere de 400 Gb/s și 800 Gb/s, deoarece aceleași principii pot fi scalate pe mai multe lungimi de undă. Cerința redusă de DSP îmbunătățește și raportul semnal-zgomot, permițând eventual extinderea portatei legăturilor optice fără nevoie de amplificatoare suplimentare.

Î: Cum diferă egalizatorul integrat de egalizatoarele externe tradiționale?

R: Egalizatorul este integrat în cipul de siliciu folosind structuri rezonante care ajustează răspunsul în frecvență în timp real, eliminând necesitatea componentelor electronice separate de egalizare.

Î: Ce economii de putere se obțin prin eliminarea DSP? R: Dispozitivul reduce consumul de putere al DSP cu până la 30 %, deoarece egalizatorul pe cip preia majoritatea condiționării semnalului care altfel ar fi efectuat electronic.

Î: Se poate aplica această tehnologie la rate mai mari decât 200 Gb/s? R: Da, principiile de bază ale amplificării prin lumină lentă și egalizare pe cip pot fi extinse la rate de date mai mari și canale multiple pe lungimi de undă, făcând-o o platformă versatilă pentru interconecturi optice viitoare.