優化VCSEL光子壽命以在不同比特率下實現最低能耗
互聯網使用的爆炸性增長導致數據中心的能耗激增。垂直腔表面發射激光器(VCSEL)是關鍵的啟用設備,由于其簡單,低成本和大數據傳輸率,因此可以滿足此類數據中心中長達數百米的單模或多模光纖的光學互連的要求。在過去的幾年中,達到較高的比特率一直是研究和開發的既定目標。
下一個挑戰將是把重點放在減少能源 消耗的激光器和驅動器,一個比特率的功能。需要將潛在最大可能的比特率傳輸的能量成本,使用預失真或前向糾錯的能量成本與數據傳輸的能量成本和較低比特率的設備壽命進行比較。最后,壽命終止對數據中心總成本的考慮將使這些中心的運營商關注重點。
最近,中國科學院光學,精密機械與物理研究所的Bimberg中德綠色光子學研究中心的Bimberg教授小組開發了在850 nm,880 nm,910 nm,940 nm處發射的VCSEL。經過優化,可達到50+ Gb / s,可在多模光纖上實現200+ Gb / s的數據傳輸。這基于PAM2調制方案,沒有任何類型的預失真,從而導致2位左右的頻譜效率。
此外,通過優化系統的最大比特率,設備壽命和系統的能源消耗,該小組證明了使用八個25 Gb / s的激光器也可以實現200 Gb / s的傳輸。在25 Gb / s時,EDR甚至低于100 fJ / bit,與50 Gb / s的值相比,降低了75%。對于相同的200 Gb / s的BR,盡管設備數量增加了一倍,但能耗降低了50%。另外,工作條件下的電流密度降低了60%,并且降低了設備故障的風險。
更長的設備壽命以及50%的總能耗降低將使設備數量增加一倍的成本得到了補償。較低的功耗導致較少的熱量,并且在較大電流下會發生溫度引起的輸出功率翻轉。最后,需要提供更少的冷卻能量。因此,通過選擇兩個以中等比特率的激光器代替一個以最大技術上可能的比特率工作的激光器,使用壽命的成本將大大增加。