На малой дистанции она обеспечивала передачу данных по 256 каналам без оптических усилителей, восстанавливая связь за 14 мкс после переключения канала
Исследователи из Пекинского университета и их партнеры создали единую фотонную платформу, способную функционировать на расстояниях от соединений внутри дата-центров до магистральных линий протяженностью в тысячи километров. В ходе эксперимента система продемонстрировала общую скорость передачи 81,92 Тбит/с по оптоволокну длиной 1 км без оптических усилителей. В отдельном испытании с усилителями удалось передать данные на расстояние 4400 км.
До настоящего времени оборудование для коротких и длинных оптических линий разрабатывалось по различным принципам. В дата-центрах активно используется передача с модуляцией интенсивности света и прямым детектированием: этот метод проще и более экономичен, но ограничен в спектральной эффективности. Для магистральных сетей применяется когерентная передача, при которой приёмник анализирует не только интенсивность, но и фазу оптического сигнала. Это даёт возможность использовать более сложные схемы модуляции и передавать больше данных. Различия в оборудовании усложняют создание единой сети: при переходе между сегментами может потребоваться преобразование сигнала из оптического в электрический и обратно, что требует дополнительных вычислений и регенерации.
Основой новой системы является гибридный лазер с внешним резонатором. Его усиливающая часть выполнена на основе фосфида индия, а внешний оптический резонатор изготовлен из нитрида кремния, материала с очень низкими потерями. Такая конструкция позволила совместить высокую мощность излучения с узкой спектральной линией. Лазер обеспечивает до 70 мВт оптической мощности, имеет ширину линии менее 1 кГц и максимальную эффективность преобразования электрической энергии в оптическую на уровне 13,7%. Диапазон перестройки длины волны составляет 102 нм. В паре с ним работают кремниевые фотонные передатчик и приёмник, в которых содержатся модуляторы и фотодетекторы.
В тестах на короткой линии длиной 1 км использовались 256 отдельных каналов с различными длинами волн. Каждый из них передавал данные со скоростью 320 Гбит/с, что привело к общей пропускной способности в 81,92 Тбит/с. Для этого применялась двухполяризационная модуляция DP-16QAM со скоростью 40 Гбод [гигабод, указывающий, что передающее устройство изменяет состояние сигнала (амплитуду, частоту или фазу) 40 миллиардов раз в секунду]. Высокой мощности лазера оказалось достаточно, чтобы обойтись без оптического усилителя на протяжении всей этой линии.
Второй эксперимент продемонстрировал возможности платформы на больших дистанциях. При передаче со скоростью 184 Гбит/с на канал с использованием модуляции QPSK сигнал прошёл 4400 км по испытательной линии с оптическими усилителями. При более сложной модуляции 16QAM система обеспечила 368 Гбит/с на расстоянии 1375 км. Таким образом, одна архитектура поддерживает различные режимы передачи в зависимости от необходимого сочетания скорости и расстояния.
Ещё одной особенностью этой разработки является быстрое переключение между каналами. В эксперименте лазер изменял рабочую длину волны менее чем за 5 мкс, а передача данных восстанавливалась за 14 мкс. При этом оптическая мощность стабилизировалась значительно медленнее — примерно за 58 мкс, но для восстановления связи не требовалось ждать полной стабилизации. Такая скорость переключения может быть полезна в сетях с переменной нагрузкой: оборудование сможет быстрее перераспределять трафик с перегруженных каналов на свободные.
На данный момент это экспериментальная демонстрация, а не готовая замена существующей инфраструктуры. Авторы подчеркивают, что для дальнейшего повышения скорости потребуются более быстрые модуляторы, снижение потерь в передающей части и улучшение интеграции компонентов. Тем не менее, работа показывает, что когерентная кремниевая фотоника может быть использована не только в магистральных сетях, но и для высокоскоростных соединений на малых расстояниях — включая обмен данными внутри крупных вычислительных и ИИ-кластеров.
Источник