Multicore fibre-based clock synchronisation for ultra-low latency data centre interconnections

Abstract

La evolución del mercado de la tecnología de la información hacia los servicios en la nube y el crecimiento innegable del tráfico de datos han desencadenado la concepción de los centros de datos a gran escala. Intrínsecamente, los servicios en la nube requieren capacidad para hacer frente al alto tráfico de datos para servir a los clientes y los procesos internos requeridos para servicios de alta calidad. Las tecnologías ópticas han permitido manejar un mayor tráfico de datos y la capacidad de fibra multinúcleo para la transmisión de alta velocidad de datos es una solución prometedora para las interconexiones de centros de datos, permitiendo la transmisión de señales de reloj paralelas a la transmisión de datos, aumentando así el rendimiento al reducir la sobrecarga de sincronización del reloj y el tiempo de recuperación del reloj. Sin embargo, en un centro de datos, mientras que las variables ambientales están controladas, opera en un rango variable, por lo tanto, estas variaciones deben tenerse en cuenta. En este estudio, se miden y analizan los efectos de la temperatura en la variación de inclinación entre núcleos, de una fibra multinúcleo. La configuración experimental, que utiliza un interferómetro para medir las diferencias relativas de retardo en un par de núcleos, es un enfoque novedoso para la cuantificación de la variación de inclinación entre núcleos. Además, utilizando esta técnica, la resolución lograda es del orden de femtosegundos. Los resultados muestran un aumento en la variación de inclinación entre núcleos entre un par de núcleos proporcional al aumento de temperatura. Además, los núcleos adyacentes demuestran la variación más baja.

The information technology market evolution towards cloud services and the undeniable growth of data traffic have triggered the conception of the hyper-scale data centres. Intrinsically, cloud services require capability to cope with the high data traffic to serve the customers and required internal processes for high quality services. Optical technologies have enabled to handle higher the data traffic and multi-core fibre’s capacity for high data rate transmission comes as a promising solution for data centre interconnections, enabling clock signal transmission parallel to data transmission, thus increasing performance by reducing clock synchronization overhead and time for clock recovery. However, in a data centre, while the environmental variables are controlled, it operates in a variable range, thus these variations need to be accounted. In this study, the effects of the temperature on the inter-core skew variation, of a multi-core fibre, are measured and analysed. The experimental setup, which uses an interferometer to measure the relative delay differences in a pair of cores, is a novel approach for inter-core skew variation quantification. Moreover, using this technique, the achieved resolution is in the order of femtoseconds. The results show an increase in inter-core skew variation between a pair of cores proportional to the increase in temperature. Additionally, adjacent cores demonstrate the lowest variation.