پژوهشگران ژاپنی با GI-POF هزینه فیبرهای چند هسته ای دیتاسنتر را کاهش دادند
پژوهشگران دانشگاه کیو در ژاپن فناوری تازه ای برای Plastic Optical Fiber چند هسته ای توسعه داده اند که می تواند ارتباطات کوتاه برد در AI data centers را ارزان تر، سریع تر و ساده تر کند. این فناوری با نام multicore graded-index POF یا GI-POF معرفی شده و برای اتصال پرظرفیت میان GPU ها و شتاب دهنده های متراکم در نسل بعدی دیتاسنترهای هوش مصنوعی هدف گذاری شده است.
به گزارش رسانه اخبار تکنولوژی و فناوری تکنا، این پروژه به رهبری یاسوهیرو کویکه (Yasuhiro Koike)، مدیر موسسه Keio Photonics Research Institute، و کنتا موراموتو (Kenta Muramoto)، مدرس پروژه در مرکز K-FRECS دانشگاه کیو، انجام شده است. تیم پژوهشی اعلام کرده هر هسته این فیبر پلاستیکی می تواند به سرعت ۱۰۶.۲۵ گیگابیت بر ثانیه برسد؛ عددی که برای ارتباطات داخلی رکها و میان رکهای نزدیک اهمیت ویژه دارد.
نیاز به چنین فناوری از رشد سریع AI data centers می آید. در سامانه های هوش مصنوعی جدید، تعداد زیادی GPU و accelerator به صورت همزمان کار می کنند و باید حجم بزرگی از داده را با تاخیر بسیار کم جابه جا کنند. اگر ارتباط میان این اجزا کند یا پرهزینه باشد، حتی قوی ترین تراشه ها هم نمی توانند توان پردازشی واقعی خود را به سیستم منتقل کنند.
در دیتاسنترهای پیشرفته، ارتباطات ۸۰۰ گیگابیت بر ثانیه، ۱.۶ ترابیت بر ثانیه و حتی ۳.۲ ترابیت بر ثانیه به مسیرهای نوری متراکم وابسته است. معمولا برای رسیدن به چنین ظرفیتهایی چند فیبر شیشه ای کنار هم قرار می گیرند، اما این روش به ribbonization، کانکتورهای چند هسته ای و مونتاژ دقیق نیاز دارد و با افزایش تعداد فیبرها پیچیده تر و گران تر می شود.
مزیت اصلی GI-POF تازه در روش ساخت آن است. پژوهشگران کیو از extrusion molding استفاده کرده اند تا فیبر چند هسته ای را در یک مرحله تولید کنند. این فرایند می تواند تعداد و چیدمان هسته ها را با طراحی قالب کنترل کند و نیاز به مراحل جداگانه چینش، روبان سازی و اتصال چند فیبر شیشه ای را کاهش دهد.
برآورد پژوهشگران نشان می دهد این روش می تواند هزینه چند هسته ای کردن فیبر را به حدود یک دهم تا یک صدم روشهای متداول شیشه ای کاهش دهد. نمونه های ساخته شده شامل نسخه دایره ای ۶۱ هسته ای و نسخه مستطیلی ۴ هسته ای بوده اند و آزمایشها نشان داده اند تولید یکپارچه آنها از نظر تکرارپذیری و پایداری انتقال، نتیجه قابل اتکایی داشته است.
در آزمایش انتقال داده، نسخه دایره ای ۶۱ هسته ای همراه با VCSEL توانست سیگنال PAM4 را با سرعت ۱۰۶.۲۵ گیگابیت بر ثانیه برای هر هسته منتقل کند. این آزمایش تا فاصله ۳۰ متر انجام شد و افت کیفیت TDECQ در eye pattern بسیار محدود گزارش شد؛ یعنی مسیر پلاستیکی توانست کیفیت سیگنال مناسب برای ارتباطات کوتاه برد دیتاسنتری را حفظ کند.
یکی از یافته های مهم، کاهش چشمگیر خطا در مقایسه با فیبر شیشه ای بود. پژوهشگران می گویند Bit Error Rate در شرایط مشابه تا حدود یک ده هزارم تا یک صد هزارم نمونه های متداول شیشه ای پایین آمد. علت این بهبود به ساختار ناهمگن ریز داخل هسته پلاستیکی مربوط است که coherence نور را کاهش می دهد و مانند مکانیسم کاهش نویز حجمی عمل می کند.
این کاهش نویز می تواند پیامد مهمی برای مصرف انرژی و تاخیر داشته باشد. در ارتباطات پرسرعت، DSP برای اصلاح اعوجاج و نویز به کار می رود، اما همین پردازش الکترونیکی انرژی مصرف می کند و تاخیر می سازد. اگر GI-POF بتواند بخشی از نیاز به اصلاح سنگین سیگنال را کم کند، مسیر ارتباطی میان GPU ها کم مصرف تر و کم تاخیرتر خواهد شد.
این دستاورد در قالب دو مقاله در OFC 2025 پذیرفته و ارائه شده است و هنوز باید مسیر صنعتی شدن، استانداردسازی و سازگاری با تجهیزات دیتاسنتری را طی کند. با این حال، ترکیب Plastic Optical Fiber، تولید یک مرحله ای، سرعت بالای هر هسته و کاهش خطا نشان می دهد رقابت زیرساخت هوش مصنوعی فقط به تراشه محدود نیست و کابلهای داخل دیتاسنتر هم به میدان نوآوری تبدیل شده اند.
