Наука и технологии России

Вход Регистрация

Компактно, надёжно, быстро

Учёные научно-технологического центра информационной физики «Интрофизика» создали экспериментальный образец многоканального оптического кабеля в одном оптоволоконном жгуте диаметром 3 миллиметра. По надёжности и простоте он вне конкуренции для быстрых и многократных оптических USB-соединений. Крупнейшими потребителями оптоволоконных интерфейсов на базе многоканальных кабелей в самое ближайшее время могут стать производители суперкомпьютеров, сетевого оборудования, приборов для цифровой электроники и электротехники.

Справка:
Проект «Исследование методов и анализ возможностей увеличения скорости передачи данных по многоканальным оптическим кабелям на основе двумерных массивов VCSEL-лазеров, pin-фотодиодов и оптоволоконных жгутов» выполнялся по ФЦП «Исследования и разработки» с 10 ноября 2011 по 12 ноября 2012 года. Объём финансирования – 20 миллионов рублей

Развитию многоканальных соединений уделяют большое внимание все ведущие производители оптических средств передачи информации. Разработки ведутся в двух основных направлениях – создание активных оптических кабелей (АОК) и высокоплотных параллельных оптических соединений (Highly Parallel Optical Interconnect – HPOI).

Главный недостаток HPOI – их низкая надёжность. При сдвиге разъёма всего лишь на полдиаметра волокна – а это 20–50 микрон – все каналы высокоплотного соединения становятся неработоспособными окончательно и бесповоротно. Традиционные АОК не обладают необходимой миниатюрностью для решения этой проблемы. Более того, они сводят на нет преимущества оптических соединений, так как совмещаются с конечными устройствами при помощи электрических контактов. К тому же для перспективных оптических USB-соединений современные типы многоканальных оптических кабелей малопригодны, потому что не способны выдерживать большое число циклов соединений/разъединений, требуют высокой точности юстировки (в случае с HPOI) либо не обладают необходимыми габаритными характеристиками (как с АОК).

Сотрудники НТЦ «Интрофизика» разработали перспективный многоканальный оптоволоконный кабель высокой плотности на основе двумерных массивов VCSEL-лазеров, pin-фотодиодов и оптоволоконных жгутов. Такие кабели сохраняют свою работоспособность при сдвигах и деформациях и имеют значительно меньшие габариты разъёмов.

Разрабатываемый тип кабеля по надёжности и простоте будет вне конкуренции для быстрых и многократных оптических USB-соединений, так как в нём нет массивов контактов или механических направляющих для юстировки оптических волокон, лазеров и фотодиодов, а значит, и нечему будет ломаться. Потенциал технологии позволяет довести число оптических каналов от 32 до 128 при оптическом диаметре кабеля 3 миллиметра.

Вдохновлённые «Терминатором»

В 2009 году специалисты «НТЦ «Интрофизика» успешно выполнили проект ФЦП «Исследования и разработки», создав лабораторный образец смартлинка – интеллектуального многоканального оптоволоконного соединения.

Вид первого в России экспериментального образца смартлинка с четырьмя активными каналами

«Технология смартлинков позволяет совершить прорыв в области многоканальных оптических коммутаций, – считает директор НТЦ «Интрофизика» Владимир Никитин. – С их помощью можно будет создавать высокоскоростные многоканальные оптоволоконные интерфейсы с большим количеством каналов, способных самостоятельно восстанавливать свою работоспособность в случае их повреждения. По сути это первый аналог самовосстанавливающихся соединений, которые были показаны в фильме «Терминатор».


Вид лучей лазерной матрицы, наложенный на матрицу фотодиодов в смартлинке

В ходе этого проекта впервые удалось создать многоканальное оптоволоконное соединение, способное автоматически без юстировки восстанавливать разорванные оптические цепи даже при произвольном повороте жгута в разъёме на любой угол или его смещении на величины около 0,1–0,2 диаметра. Кроме того, специалисты центра смогли осуществить одновременную передачу информации по четырём раздельным каналам, автоматически сформированным в одной оптической шине на базе стекловолоконного жгута диаметром 3 миллиметра. Лабораторный образец смартлинка был создан на основе громоздких и медленных гибридных микросхем, однако оказался вполне работоспособным. Но его недостатком была крайне низкая скорость передачи информации на уровне десятков килобайт в секунду.

Выйти на рекордные скорости

В 2012 году специалисты «Интрофизики» выполнили новый проект по ФЦП «Исследования и разработки», который позволил устранить недостатки смартлинка. Учёные создали экспериментальный образец оптического кабеля с восемью активными каналами в одном оптоволоконном жгуте диаметром 3,0 миллиметра.

Образец многоканального оптического кабеля

Передатчиком сигналов стала микросхема на основе интегрального массива (структура в виде VCSEL-лазеров), содержащего восемь лазеров. Приёмником – структура в виде интегрального массива, содержащего восемь pin-фотодиодов диаметром 100 микрометров. Массивы VCSEL-лазеров и pin-фотодиодов были изготовлены российской компанией «Коннектор-Оптикс» по заказу НТЦ «Интрофизика». Оптические жгуты были сделаны по чертежам «Интрофизики» на Лыткаринском заводе оптического стекла.


Отладка блоков экспериментальной установки по исследованию характеристик кабеля

В разработанном образце скорость односторонней передачи информации по каждому каналу составила до 160 Мбит/с, по восьмиканальному кабелю – около 1062 Мбит/с. Скорость передачи файлов из одного компьютера в другой – 350 Мбит/с.

Эти параметры жгутовых многоканальных оптоволоконных кабелей для России рекордны.

Перспективы обнадёживают

«В дальнейшем мы планируем создать работоспособный экспериментальный образец восьмиканального скоростного оптоволоконного кабеля высокой плотности с избыточностью элементов, – говорит Владимир Никитин. – Он должен обеспечить возможность автоматической диагностики и регенерации соединений восьми каналов на высоких скоростях передачи. В качестве базы для него мы собираемся использовать кабель на основе двумерных массивов VCSEL-лазеров, pin-фотодиодов и оптоволоконных жгутов, созданный в ходе проведённой научной работы».

Справка:
Специалистами ООО «НТЦ “Интрофизика”» получены следующие патенты на изобретения, зарегистрированные в Государственном реестре изобретений Российской Федерации:
  • патент РФ № 2270493 «Способы самовосстанавливающегося соединения многоконтактных приборов или микросхем и устройство для его осуществления»;
  • патент РФ № 2350054 «Микросхема с оптоволоконными многоконтактными соединениями»;
  • патент РФ № 2327202 «Нейроэлектронный многоканальный интерфейс»;
  • патент РФ № 2333526 «Нейроэлектронный многоканальный оптоволоконный интерфейс»;
  • патент РФ № 2419129 «Многоканальный делитель сигналов для смартлинков».
  • Заявка на изобретение РФ № 2012110550 «Многоканальное оптоволоконное соединение» (получено положительное решение на выдачу патента)

    Используя дешёвые восьмиканальные оптические кабели с массивами VCSEL-лазеров и pin-фотодиодов, работающих на скоростях 10–40 ГГц, можно получить оптические USB-устройства, работающие со скоростями до 360 Гб/с. Это позволит скачивать десятки гигабитных фильмов высокого качества всего лишь за одну секунду.

    Предполагается, что многоканальные оптоволоконные кабели высокой плотности с избыточностью элементов (смартлинки) на основе двумерных массивов VCSEL-лазеров, pin-фотодиодов и оптоволоконных жгутов будут востребованы для коротких межблочных и внутриблочных оптических соединений и оптических USB-соединений. Они будут иметь диаметры оптошин на уровне 3 миллиметров и размеры ответных частей 8–12 миллиметров при количестве соединяемых оптических каналов от 8 до 128 и, возможно, даже более.

    Они найдут широкое применение в суперкомпьютерах, оптических USB-соединениях, а в будущем и в нейроинтерфейсах, т.е. там, где требуются компактность, высокая надёжность и скорости передачи информации, недоступные проводным и одноволоконным оптическим шинам.

    РЕЙТИНГ

    5.00
    голосов: 1

    Галереи

    Выставка по итогам ФЦП «Исследования и разработки 2007–2013»

    25–27 апреля 2013 года в зале «Форум-холл» в Москве прошла выставка, посвящённая окончанию федеральной целевой программы «Исследования и разработки» на 2007–2013 годы. На выставке было представлено всего около пяти процентов участников программы в областях живых систем, медицины, экологии, энергосбережения, биотехнологий, вычислительной техники и новых материалов, но даже они заняли почти двести стендов. В первый день работы выставку осмотрел заместитель министра образования и науки РФ Игорь Федюкин.

    54 фото

    Обсуждение