Microsoft começa a testar tecnologia óptica em centrais de dados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/10/2021

Esquema da plataforma integrada de chaveamento óptico para centrais de dados.
[Imagem: Aqeel Ahmed/EPF]

Chaveamento por luz

A Microsoft está bancando os primeiros testes de um componente fotônico que vem sendo desenvolvido há alguns anos por pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça.

A expectativa é que esse "chip de luz" aumente a velocidade e diminua o consumo de energia nas centrais de dados (datacenters) de todo o mundo.

Os serviços de todos os provedores de nuvem em hiperescala, como a Microsoft, são alimentados por enormes fazendas com centenas de milhares de servidores, cujo desempenho depende muito da qualidade da rede que os interliga. Essas redes incluem várias camadas de switches e roteadores, interconectados por meio de fibras ópticas.

O problema é que as fibras ópticas transmitem luz, mas os servidores são eletrônicos, de forma que esses sistemas dependem de conversões de elétrica para óptica continuamente, aumentando o custo de energia e diminuindo a velocidade de transmissão dos dados. Para piorar as coisas, as taxas de dados crescentes, para aplicativos como inteligência artificial e análise de dados, por exemplo, estão coincidindo com a desaceleração da lei de Moore, o que torna extremamente difícil ampliar as arquiteturas de rede atuais com eficiência.

A primeira aposta para resolver esse gargalo, já implantada, se baseou nos chamados switches ópticos, que interligam os servidores usando diferentes cores de luz, levando a uma arquitetura de rede mais plana e limitando a necessidade de interruptores elétricos e transceptores ópticos. O problema é que o direcionamento da luz nesses equipamentos atuais é feito por prismas de vidro que precisam se movimentar mecanicamente, o que os torna muito lentos e sem capacidade de atender picos de demandas.

A arquitetura óptica garante ganhos de velocidade e eficiência energética.
[Imagem: Arslan Sajid Raja et al. - 10.1038/s41467-021-25841-8]

Micropentes de frequência

A saída desenvolvida pela equipe do professor Tobias Kippenberg usa componentes ópticos totalmente integrados em um chip - sem partes móveis.

Pequenos componentes de estado sólido, chamados pentes de frequência, geram múltiplas cores de luz, fornecendo portadoras coerentes. Amplificadores ópticos e grades de guia de ondas, também feitos com materiais semicondutores e imóveis, realizam a comutação e separam ou combinam as diferentes cores de luz, respectivamente.

Os amplificadores ópticos, que foram fabricados com o semicondutor fosfeto de índio em fundições comerciais de chips, fazem a comutação entre diferentes cores de luz em escalas de tempo abaixo dos nanossegundos, uma velocidade suficiente para atender aos requisitos de desempenho dos datacenters modernos e futuros.

Uma demonstração de prova de conceito comprovou a capacidade de transmissão de dados com comutação pacote a pacote usando os chips fotônicos. Mais do que isso, a equipe desenvolveu uma arquitetura única que emprega um sistema de pente central para melhorar a eficiência energética e reduzir a complexidade.

"Os micropentes de sólitons [pulsos individuais de luz que nunca mudam de forma] têm sido usados em muitas aplicações importantes em nível de sistema, como LiDAR, transmissão de dados de longa distância e tomografia de coerência óptica desde sua descoberta em 2014," disse Kippenberg. "O potencial uso de micropentes em datacenters para atender aos requisitos de largura de banda futuros e reduzir o consumo de energia consolida ainda mais a importância desta plataforma para aplicações científicas e tecnológicas."

E o trabalho da equipe de Kippenberg já está bem mais avançado em escala de laboratório, com um processador fotônico que faz inteligência artificial na velocidade da luz, além do uso da mesma tecnologia para criar uma régua de luz para fazer medições do espaço e do tempo.

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