플랫폼 Photonics Research Center의 Matsumoto Reiji [연구 센터 이사 Namiki Shu], 바카라 커뮤니티 [Ishimura Kazuhiko의 회장) ( "AIST")의 연구 센터에서이를 개발했습니다Silicon Photonics Optical Switch(이하 "바카라 스위치"라고 함)To-Port Crosstalk(이하 "Crosstalk"라고 불리는)는 자세히 분석되며 131,072 포트가있는 광 스위치 네트워크에서 세계 최대의 총 광 스위치 용량은 1 억 2 천 5 백만입니다gigabit매 초마다 달성 될 수 있음을 보여줍니다 이것은,Blu-ray 디스크초당 600,000 개 이상의 정보를 전송할 수있는 용량에 해당하며 대용량, 낮은 대기 시간, 차세대 정보 인프라의 기초 기술로 사용될 것으로 예상됩니다
차세대 대형 데이터 센터 슈퍼 컴퓨터달성 (그림 1) 전기 스위치보다 2 배 이상 더 나은 순서에너지 효율|, 매우 신뢰할 수 있고 대량 생산 가능한 광 스위치에 대한 기대치가 높습니다 많은 수의 상대적으로 작은 바카라 스위치를 사용하면 대규모 바카라 스위치를 사용할 수 있지만 지금까지 Crosstalk는 제한 요인이었으며 실제 사용에 대한 장벽이되었습니다 이번에는 AIST가 개발 한 세계 최대 32x32 포트 바카라 스위치를 사용하여 동일한 바카라 스위치를 통해 9 회 동일한 바카라 스위치를 통해 광대역 바카라 신호를 전송하는 원형 전송 실험을 수행했으며 결과가 얻어졌습니다 또한, 우리는 바카라 스위치 내에서 Crosstalk가 어떻게 행동하는지 통계적으로 분석하여 광 스위치의 포트 수를 극대화하는 일반적인 이론을 설정했습니다 이 결과는 차세대 데이터 센터 슈퍼 컴퓨터에 필요한 바카라 스위치에 대한 요구 사항을 충족하며 (그림 1), 광 스위치의 적용 가능성을 크게 확장 할 것으로 예상됩니다
이 기술에 대한 세부 사항은 국제 회의 "OFC2021 (Optical Networking and Communication Conference & Exhibition 2021)에서 발표 될 예정입니다 이는 2021 년 6 월 6 일부터 6 월 10 일 일요일부터 6 월 10 일 목요일까지 온라인으로 개최됩니다
그림 1 바카라 스위치를 사용한 차세대 대규모 데이터 센터 및 슈퍼 컴퓨터 구성 이미지
클라우드 서비스 및 빅 데이터 분석으로 표시되는 컴퓨팅은 전기 스위치를 기반으로 한 인프라를 기반으로합니다 데이터 센터의 현재 네트워크는 또한 전기 스위치를 사용하여 교환 데이터를 사용하는 것으로 가정합니다 그러나 전기 스위치를 지원하는 반도체를 소형화하는 기술이 한계를 보이기 시작했기 때문에 에너지 효율이 크게 향상 될 것으로 예상되지 않습니다 전력 소비가 통신 용량에 비례하여 증가함에 따라 전기 스위치의 사용은 심각한 병목 현상이되고 있습니다 미래에는 데이터 센터뿐만 아니라 5G 모바일 네트워크의 확산으로에지 컴퓨팅스위치 기술이 필요함에 따라 10111_10141 |를 효율적으로 처리하는 스위치 기술
바카라 스위치가 전기 스위치보다 에너지 효율이 크게 높기 때문에, 바카라적 인 데이터 전송 경로가 바카라 네트워크 및 컴퓨팅 영역에서 고속으로 전환되는 동적 재구성 상황에서 유용하며 전기 스위치의 부하를 줄이는 데 중요한 기술이 될 것으로 예상됩니다 최근 몇 년 동안, 소규모의 빠른 바카라 스위치는 차세대 데이터 센터 및 슈퍼 컴퓨터에 적용될 때 전 세계적으로 관심을 끌고 있었으며, 이는 약 10 만 포트의 대규모 확장이 필요했으며 AIST는 오랫동안 오랫동안 밝혔다Clos 구성512 개의 포트로 확장 성이 초당 최대 150 만 기가비트가 있음을 확인했습니다 그러나 스케일이 증가함에 따라 Crosstalk의 영향이 증가하고 광 스위치를 사용하여 폐쇄 된 구성에서 얼마나 많은 포트와 에너지 효율을 달성 할 수 있는지는 명확하지 않았습니다
AIST는 전기 스위치를 통과하지 않고 경로를 전환하는 바카라 스위치를 사용했습니다"동적 바카라 경로 네트워크"를 제안했으며 실리콘 Photonics라는 바카라적 통합 기술을 사용하여 광 스위치를 개발하고 있습니다 AIST의 대규모 바카라 통합 기술을 활용하여 2016 년 세계 최대 32x32 포트 바카라 스위치로 성공적으로 개발되었습니다 포트 수를 차세대 데이터 센터 및 슈퍼 컴퓨팅 영역에 적용 할 수있는 스케일로 확장 할 수 있다면 전기 스위치의 부하가 크게 줄어들고 고성능 및 전력 절약이 모두 예상 될 수 있습니다
이번에는 세계 최대의 실리콘 광자 32x32 포트 바카라 스위치를 사용하여 포트 투 포트 크로스 토크의 효과를 세부적으로 분석했으며, 이는 성능의 제한 요인이며, 초당 1,25 백만 기가비트의 총 용량은 131,072- 포트 내전 스위치 네트워크에서 달성 될 수 있음을 보여줍니다
광 스위치의 성능은 실험적으로 검증되었으며, Crosstalk의 효과는 결과로부터 정량적으로 검사되었다 검증 실험에서 표준오류 수정 코드(그림 2의 상단 다이어그램) 이 신호는 32x32 포트 바카라 스위치 네트워크에서 6 ~ 9 회 전송되어 6 ~ 9 단계의 광 스위치를 시뮬레이션했습니다 9 단계 전송 후 엄청난 수의 크로스 토크에도 불구하고 파형 (각 주파수에 대해 측정)Light Power)에서 유의 한 왜곡이 발견되지 않았습니다 (그림 2, 왼쪽 바닥 다이어그램) 또한,오류 보정 기술를 적용하기 전에, 식별 할 수있는 4 개의 신호 점을도 1의 하단 오른쪽 다이어그램에서 볼 수 있습니다 2 또한 그림 3은 각 단계 숫자에 대해 측정 된 오류 수정 기술을 적용하기 전에 비트 오류율을 보여줍니다 (낮은 비트 오류, 더 나은 성능)오류 수정 한계이러한 결과는 오류 보정 기술에 의해 Crosstalk의 효과가 억제되는 경우 신뢰할 수있는 신호 전송을 달성 할 수 있음을 보여줍니다 32 x 32 포트 바카라 스위치의 모든 포트가 점유 될 때, 에너지 효율은 스위치 당 006 pj/비트였으며, 이는 최첨단 전기 스위치를 사용한 Clos 구성보다 100 배 이상 높았다 (표 1) 이 실험의 결과는 컴퓨팅 영역에서 큰 데이터 전송 경로가 고속으로 전환되는 상황에서 매우 유용합니다 이는 전기 스위치의 부하를 줄임으로써 차세대 데이터 센터 및 슈퍼 컴퓨터의 고성능 및 전력 절약에 기여할 수 있습니다
그림 2 9 단계 (하단 다이어그램), 스펙트럼 (왼쪽 다이어그램) 및 신호 점 배열 (오른쪽 다이어그램)을 통과 한 후 파형 수신 파형 전송 파형 (상단 다이어그램)
그림 3 추정 및 측정 된 비트 오류율 (6-9 단계 전송 후)
표 1 관련 스위치 용량, 에너지 효율 및 포트 수의 비교
이번에는 바카라 스위치의 크기에 관계없이 높은 정확도로 크로스 토크를 추정하는 방법을 고안했습니다 기존 기술은Crosstalk 진폭정규 분포를 가정하지만 이번에는 Crosstalk 진폭을 엄격하게 계산할 수 있습니다특성 기능 방법를 사용하여 솔루션이 제안되었습니다 기존 기술은 정규 분포를 가정하므로 Crosstalk로 인한 성능 저하를 과대 평가하는 단점이 있습니다 이 방법으로, 모든 포트는 실제 결과와 일치했으며 광 스위치에 대한 Crosstalk의 효과는 정확하게 분석되었습니다 도 3에 도시 된 바와 같이, 추정 값과 실제 측정 값은 잘 일치한다 이 방법을 사용하면 바카라 스위치의 크기에 관계없이 Crosstalk를 작은 오류로 추정 할 수 있으며 네트워크 설계 및 작동 중에 달성 할 수있는 포트 수와 전송 용량을 예측할 수 있습니다
앞으로, 우리는이 성과에 대한 정보를 적극적으로 전파하고 실용적 사용 및 대량 생산을 향한 기술을 지속적으로 개발할 것입니다 또한 실리콘 바카라 바카라 스위치의 포트 수와 총 용량을 더욱 확장하는 것을 목표로합니다