- Bài viết
- 9.065
- Được Like
- 11
Chip đạt tốc độ 200 Gb/giây nhờ ánh sáng tốc độ chậm
Reduced-DSP 200G/λ do Nhật Bản phát triển, dùng ánh sáng chuyển động chậm và bộ cân bằng điện giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu.
Theo GS Toshihiko Baba tại Đại học Quốc gia Yokohama, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu, Reduced-DSP 200G/λ có kích thước nhỏ gọn nhưng đạt khả năng truyền dữ liệu với tốc độ đến 200 Gb/giây. Hệ thống sử dụng ánh sáng chuyển động chậm và bộ cân bằng điện tích hợp, giúp khắc phục hạn chế về tốc độ - yếu tố vốn đã cản trở các thiết bị tương tự.
Bộ điều biến (modulator) là hệ thống dùng để mã hóa thông tin như âm thanh, hình ảnh hoặc dữ liệu số lên sóng mang để truyền qua cáp, sợi quang hoặc không gian, theo Analog Device. Trong truyền thông quang học, bộ điều biến kiểm soát ánh sáng để truyền dữ liệu, góp phần tăng tốc độ kết nối giữa các thiết bị và máy chủ.
Các bộ điều biến silicon chuyển đổi tín hiệu điện thành ánh sáng thường có kích thước vài milimét. Tuy nhiên, khả năng hoạt động của chúng phải "đánh đổi" giữa hiệu quả điều biến và hiệu suất tần số cao: làm chậm ánh sáng giúp tăng cường tương tác với thiết bị và cải thiện hiệu quả, nhưng điện trở có thể hạn chế tốc độ phản hồi của bộ điều biến.
Reduced-DSP 200G/λ giải quyết hai vấn đề kể trên. Trong công bố trên tạp chí Nature Communications tuần trước, nhóm kết hợp sử dụng ống dẫn sóng tinh thể quang học - cấu trúc nhỏ dẫn ánh sáng xuyên qua chip silicon, bên trong chứa hàng loạt lỗ nhỏ sắp xếp cẩn thận và kiểm soát cách ánh sáng truyền qua vật liệu, cho phép ánh sáng lan truyền chậm hơn so với ống dẫn sóng thông thường. Theo Baba, hiệu ứng giúp tăng sự tương tác giữa ánh sáng và thiết bị, cho phép một biến thiên điện nhỏ cũng đủ tạo ra sự thay đổi lớn hơn trong tín hiệu ánh sáng đầu ra. Kết quả là khả năng điều biến của chip đạt hiệu quả trong không gian nhỏ hơn.
Các bộ điều biến ánh sáng thông thường gặp khó khăn khi xử lý tín hiệu ở tốc độ cao do điện trở làm hạn chế khả năng đáp ứng. Để khắc phục, nhóm tích hợp Bộ cân bằng điện quang (EO) điều chỉnh sự kết hợp giữa các thành phần của tín hiệu ánh sáng, giúp thiết bị xử lý tín hiệu nhanh hơn mà vẫn duy trì hiệu suất. Nhờ cải tiến này, dải tần số hoạt động thiết bị có thể xử lý tăng từ 35 lên 80 GHz.
Chip được chế tạo có chiều dài 320 µm (0,32 mm), gồm cả phần chính và phần cân bằng, thấp hơn so với mức 2-4 mm của bộ điều biến Mach-Zehnder silicon thông dụng hiện nay. Toàn bộ chip, gồm cả điện cực, chiếm diện tích khoảng 0,4 mm vuông.
Dù nhỏ gọn, chip mới đạt tốc độ 140 Gb/giây bằng phương pháp điều chế bật/tắt (on-off keying), và tới 180 Gb/giây khi dùng điều chế biên độ xung với bốn mức tín hiệu (PAM-4) mà không cần bộ xử lý tín hiệu số (DSP). Khi bổ sung bộ cân bằng thu 11 điểm (11-tap receiver), tốc độ tăng lên 200 Gb/giây.
"Điều tuyệt vời là ánh sáng chậm có thể được chế tạo bằng quy trình tương thích CMOS, đồng thời đáp ứng yêu cầu về tốc độ cao, tiêu thụ điện năng thấp và kích thước nhỏ gọn vốn mang lại nhiều lợi ích cho các hệ thống bên trong trung tâm dữ liệu AI", Baba nói.
Dù tiềm năng, nhóm nghiên cứu nhận định chip còn nhiều thách thức cần giải quyết. Thiết kế mới giúp trung tâm dữ liệu tăng mật độ kết nối quang học, giảm tiêu thụ năng lượng, nhưng tổn hao chèn quang học (optical insertion loss) - mức suy giảm cường độ ánh sáng khi truyền qua thiết bị - vẫn ở mức 11,7-15,5 dB, cao hơn nhiều bộ điều biến quang tử silicon cho trung tâm dữ liệu vốn ở mức 5-7 dB.
Baba cho biết nhóm đã tìm cách khắc phục bằng bộ khuếch đại quang học để bù trừ, nhưng phạm vi vẫn ở phòng thí nghiệm. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch mở rộng phạm vi bước sóng mà bộ điều biến có thể xử lý, từ đó có khả năng cho phép nhiều kênh quang hoạt động cùng nhau. Mục tiêu cuối cùng là tích hợp 16-32 kênh hoạt động cùng lúc, cho tốc độ truyền tải dung lượng kết hợp tới 3,2-6,4 Tb/giây.
"Chúng tôi tin kiến trúc có tiềm năng trở thành nền tảng cho các thiết bị quang học tích hợp cho trung tâm dữ liệu hiệu suất cao trong tương lai", Baba nói với Interesting Engineering.
Nguồn: VnExpress Số hóa
Chuyên mục: AI
