米乐m6官方网站的Reinori Matsumoto研究员[主席：Kazuhiko Ishimura]（以下简称“AIST”）平台光子学研究中心[研究中心主任：Shu Namiki]在同一研究中心开发了该项目硅光子光开关（以下简称“光开关”）端口到端口串扰（以下简称“串扰”）进行了详细分析，世界上最大的光开关在拥有131,072个端口的光开关网络中总容量为125亿日元千兆位我们已经证明，每秒都可以实现这一目标。这是蓝光光盘相当于每秒传输超过60万条信息的能力，有望成为高容量、低延迟的下一代信息基础设施的基础技术。
下一代大型数据中心/超级计算机实现上比电动开关好两个数量级以上（图1）能源效率），并且人们对高度可靠且可大规模生产的光开关的期望不断提高。尽管可以通过使用大量相对小规模的光开关来增加规模，但到目前为止，串扰和其他因素一直是限制因素，并成为实际实施的障碍。我们使用AIST开发的全球最大的32 x 32端口光开关，进行了环路传输实验，其中宽带光信号通过光开关传输了9次，结果显示质量良好，得到了上述结果。此外，我们统计分析了光开关内串扰的行为，并建立了最大化光开关端口数量的一般理论。这些结果满足了下一代数据中心超级计算机所需的光开关的要求（图1），并有望大大扩展光开关的适用性。
该技术的详细信息将于2021年6月6日（星期日）至6月10日（星期四）在线举行的国际会议“OFC2021（The Optical Networking and Communications Conference & Exhibition 2021）”上公布。
图 1 使用光开关的下一代大型数据中心/超级计算机配置图像
以云服务和大数据分析为代表的计算是建立在以电气开关为基础的基础设施之上的。当前的数据中心网络还依赖于使用电气交换机的数据交换。然而，随着支持电气开关的半导体小型化技术开始达到其极限，能源效率的显着提高还不能指望。由于功耗与通信容量成正比增加，电气交换机的使用正成为严重的瓶颈。未来，随着5G移动网络的普及，它不仅仅会用在数据中心边缘计算可在10111_10141| 中高效处理的开关技术
光开关的能源效率明显高于电开关，因此在光网络和计算领域中快速切换大容量数据传输路由的动态重新配置情况下非常有用，并且有望成为减轻电开关负载的重要技术。近年来，紧凑、高速光开关在下一代数据中心和超级计算机中的应用受到了全世界的关注，这些应用需要大规模扩展约10万个端口。关闭配置确认可扩展至 512 个端口，相当于每秒 150 万吉比特。然而，由于串扰的影响随着规模的增加而增加，目前尚不清楚使用光开关在 Clos 配置中可以实现多少端口和能源效率。
AIST 使用光学开关，无需使用电气开关即可改变光路“动态光路网络”，并一直致力于使用被称为硅光子学的光集成技术的光开关的开发。利用产业技术研究所的大规模光集成技术，我们于2016年成功开发出了当时世界上最大的32×32端口光交换机。如果端口数量能够扩大到可以应用于下一代数据中心和超级计算领域的规模，电气交换机的负载将显着减少，有望实现更高的性能和更低的功耗。
这次，我们使用全球最大的硅光子32 x 32端口光开关，对性能限制因素——端口间串扰的影响进行了详细分析，并证明在131,072端口光开关网络中可以实现每秒125亿吉比特的总容量。
我们通过实验验证了光开关的性能，并从结果中定量考虑了串扰的影响。在验证实验中，标准纠错码（图 2 上图）。该信号通过 32 x 32 端口光开关网络传输 6 至 9 个周期，以模拟 6 至 9 级光开关。虽然9级传输后的串扰总数很大，但波形（针对每个频率测量）光功率) 没有表现出任何明显的失真（图 2 中的左下图）。另外，纠错技术之前，在图2的右下图中可以看到四个可区分的信号点。此外，图3显示了在应用纠错技术之前为每个级数测量的误码率（误码数越低，性能越好），但即使在9级传输之后纠错限制这些结果表明，如果通过纠错技术抑制串扰的影响，则可以实现高度可靠的信号传输。我们确认，当 32 x 32 端口光交换机的所有端口都被占用时，每个交换机的能效为 006 pJ/bit，比使用最先进电气交换机的 Clos 配置高出 100 倍以上（表 1）。该实验的结果对于计算机领域等需要高速切换大量数据的传输路径的情况非常有用。通过减少电气开关的负载，预计将为提高下一代数据中心和超级计算机的性能和能效做出重大贡献。
图2分别显示发射波形（上图）、经过9级后的接收波形（下图）、频谱（左图）和信号点排列（右图）
图 3 误码率的估计值和测量值（经过 6 至 9 个传输阶段后）
表1相关交换机的容量、能效、端口数对比
这一次，我们设计了一种方法，无论光开关的规模如何，都可以始终高精度地估计串扰。现有技术串扰幅度正态分布，此时我们可以准确计算出串扰幅度特征函数法的解决方法被提议。现有技术假设正态分布，因此具有高估串扰引起的性能下降的缺点。无论端口数量多少，我们的方法都非常符合实际情况，并且能够准确分析串扰对光开关的影响。如图 3 所示，估计值和实际测量值非常吻合。利用这种方法，无论光开关的规模如何，都可以以很小的误差估计串扰，并且可以预测网络设计和运行期间可以实现的端口数量和传输容量。
未来，我们将积极传播这一成果的信息，并持续进行技术开发以实现实际应用和量产。我们还旨在进一步扩大硅光子光开关的端口数量和总容量。