Des liaisons optiques sans fil pour remplacer la fibre des datacenters

Et si la jungle des câbles qui cheminent dans les datacenter étaient remplacée par des liaisons sans-fil ? C’est l’idée, étonnante, sur laquelle planchent des ingénieurs de Microsoft épaulés de chercheurs des universités de Penn State, Stony Brook et Carnegie Mellon. Ensemble, ils ont mis au point une solution où des systèmes optiques à infrarouge viendraient disputer l’usage de fibres optiques et câbles cuivre qui relient les différents racks de serveurs.

Cette innovation s’appuie sur Firefly (Free-space optical Inter-Rack nEtwork with high FLexibilitY), une architecture composée d’appareils à base de miroirs microélectroniques, de lentilles optiques et de laser infrarouges. Ces différents composants s’installent au dessus des racks auxquels ils se raccordent en fibre optique. L’infrarouge se révèlerait bien plus efficace que des technologies radio, notamment les ondes millimétriques qu’ont testées les chercheurs, et dont le signal ne permet pas de soutenir les besoins en débit élevé des machines, ni de tenir la communication efficacement au-delà de 10 mètres.

10 Gbit/s aujourd’hui, 1 Tbit/s demain

Aux dires de Mohsen Kavehrad, responsable du projet de recherche, le système peut fournir une bande passante de 10 Gbit/s jusqu’à plus de 15 mètres. Le signal infrarouge s’appuie sur une longueur d’onde de 1550 nanomètres (nm) semblable à celle utilisée dans les fibres optiques dont il emprunte d’ailleurs le principe de multiplexage pour envoyer plusieurs signaux à travers un seul faisceau laser. Un jeu de lentilles, de micro miroirs pour orienter les rayons laser, et de récepteurs et positionnés à différents points de la salle d’hébergement des systèmes informatiques remplacent câbles, switchs et routeurs pour établir les communications inter-systèmes. Par ailleurs, les liens à infrarouges sont bidirectionnels pouvant ainsi aussi bien envoyer que recevoir les données.

Outre son aspect innovant, Firefly offrirait une alternative économique aux architectures filaires. « Nous utilisons un lien optique libre, expliquait Mohsen Kavehrad le 31 janvier à l’occasion de la conférence à Photonics West 2017 à San Francisco, selon des propos repris par Penn State News. Il utilise une lentille très peu coûteuse, nous obtenons un rayon infrarouge très étroit avec zéro interférence et aucune limite au nombre de connexions à haut débit. » Selon lui, le système est en mesure de d’atteindre le Tbit/s.

Reconfigurable à la volée

Le chercheur a mis en avant l’énorme consommation énergétique des datacenter et leur déperdition alors que 30% des serveurs continuent d’être refroidis en permanence même quand ils sont en pause à un moment ou un autre. Une perte qui s’élèvera selon lui à 140 milliards de kilowatts en 2020, soit 13 milliards de dollars envolés en fumée, ou l’équivalent de la production d’une cinquantaine de centrales électriques. Autre point intéressant, la possibilité de reconfigurer le système à la volée afin d’éviter les goulets d’étranglement du trafic, voire optimiser le nombre de serveurs en services. Un point qui reste à détailler.

Pour l’heure, Firefly n’est pas implémenté. Les scientifiques ont mis au point un prototype dont le coût s’élève autour de 20 000 dollars. Un coût qui pourrait baisser avec le volume et l’amélioration des composants optiques. Il ne reste plus qu’à convaincre les exploitants de datacenter à vérifier la pertinence du système. Microsoft se laissera-t-il tenter ?

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crédit photo : Patrick Mansell / Penn State