Sistem Transfer Data Baru 10 Kali Lebih Cepat Dari USB dan Menggunakan Kabel Polimer Seutas Rambut

Peneliti telah mengembangkan sistem transfer data yang dapat mengirimkan informasi 10 kali lebih cepat dari USB. Tautan baru ini memasangkan chip silikon frekuensi tinggi dengan kabel polimer setipis sehelai rambut. Sistem ini suatu hari nanti dapat meningkatkan efisiensi energi di pusat data dan meringankan beban pesawat ruang angkasa yang kaya elektronik.
Penelitian ini dipresentasikan pada Konferensi Sirkuit Solid-State Internasional IEEE bulan Februari. Penulis utama adalah Jack Holloway '03, MNG '04, yang menyelesaikan gelar PhD di Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer (EECS) MIT musim gugur lalu dan saat ini bekerja untuk Raytheon. Rekan penulis termasuk Ruonan Han, profesor dan penasihat PhD Holloway di EECS, dan Georgios Dogiamis, peneliti senior di Intel.
Kebutuhan akan pertukaran data yang cepat jelas, terutama di era kerja jarak jauh. “Ada ledakan jumlah informasi yang dibagikan antara chip komputer - komputasi awan, internet, data besar. Dan banyak dari ini terjadi melalui kabel tembaga konvensional, ”kata Holloway. Tetapi kabel tembaga, seperti yang ditemukan di kabel USB atau HDMI, sangat boros daya - terutama saat menangani beban data yang berat. "Ada pertukaran mendasar antara jumlah energi yang dibakar dan laju pertukaran informasi." Meskipun permintaan untuk transmisi data cepat (melebihi 100 gigabit per detik) meningkat melalui saluran yang lebih panjang dari satu meter, Holloway mengatakan solusi yang umum adalah kabel tembaga yang "semakin besar dan mahal".
Salah satu alternatif kabel tembaga adalah kabel serat optik, meski itu memiliki masalah tersendiri. Sedangkan kabel tembaga menggunakan pensinyalan listrik, serat optik menggunakan foton. Itu memungkinkan serat optik untuk mengirimkan data dengan cepat dan dengan sedikit pembuangan energi. Tetapi chip komputer silikon umumnya tidak cocok dengan foton, membuat interkoneksi antara kabel serat optik dan komputer menjadi sebuah tantangan. "Saat ini tidak ada cara untuk secara efisien menghasilkan, memperkuat, atau mendeteksi foton dalam silikon," kata Holloway. “Ada semua jenis skema integrasi yang mahal dan kompleks, tetapi dari sudut pandang ekonomi, ini bukanlah solusi yang bagus.” Jadi, peneliti mengembangkannya sendiri.
Tautan baru tim memanfaatkan manfaat dari saluran tembaga dan serat optik, sambil membuang kekurangannya. “Ini adalah contoh yang bagus dari solusi pelengkap,” kata Dogiamis. Saluran mereka terbuat dari polimer plastik, sehingga lebih ringan dan berpotensi lebih murah untuk diproduksi daripada kabel tembaga tradisional. Tetapi ketika tautan polimer dioperasikan dengan sinyal elektromagnetik sub-terahertz, itu jauh lebih hemat energi daripada tembaga dalam mentransmisikan beban data yang tinggi. Efisiensi sambungan baru ini menyaingi serat optik, tetapi memiliki keunggulan utama: "Ini kompatibel langsung dengan chip silikon, tanpa manufaktur khusus," kata Holloway.
Tim merekayasa chip berbiaya rendah tersebut untuk dipasangkan dengan saluran polimer. Biasanya, chip silikon kesulitan untuk beroperasi pada frekuensi sub-terahertz. Namun chip baru tim menghasilkan sinyal frekuensi tinggi dengan daya yang cukup untuk mengirimkan data langsung ke saluran. Sambungan bersih dari chip silikon ke saluran berarti keseluruhan sistem dapat diproduksi dengan metode standar dan hemat biaya, kata para peneliti.
Tautan baru ini juga mengalahkan tembaga dalam hal ukuran. “Luas penampang kabel kami adalah 0,4 milimeter kali seperempat milimeter,” kata Han. “Jadi, ini sangat kecil, seperti sehelai rambut.” Meskipun ukurannya tipis, ia dapat membawa banyak data, karena ia mengirimkan sinyal melalui tiga saluran paralel yang berbeda, dipisahkan oleh frekuensi. Total bandwidth tautan adalah 105 gigabit per detik, hampir satu tingkat lebih cepat daripada kabel USB berbasis tembaga. Dogiamis mengatakan bahwa kabel tersebut dapat “mengatasi tantangan bandwidth saat kami melihat megatren ini menuju lebih banyak data.”
Di masa mendatang, Han berharap dapat membuat saluran polimer lebih cepat lagi dengan menggabungkannya. “Kemudian data rate akan keluar dari grafik,” katanya. “Bisa jadi satu terabit per detik, masih dengan biaya rendah.”
Para peneliti menyarankan aplikasi "padat data", seperti kumpulan server, dapat menjadi pengadopsi awal dari tautan baru, karena mereka dapat secara dramatis memotong permintaan energi tinggi pusat data. Tautan tersebut juga bisa menjadi solusi utama untuk industri kedirgantaraan dan otomotif, yang menempatkan premium pada perangkat kecil dan ringan. Dan suatu hari, tautan tersebut dapat menggantikan kabel elektronik konsumen di rumah dan kantor, berkat kesederhanaan dan kecepatan tautan tersebut. “Ini jauh lebih murah daripada pendekatan [tembaga atau serat optik], dengan bandwidth yang jauh lebih luas dan kerugian yang lebih rendah daripada solusi tembaga konvensional,” kata Holloway. “Jadi, tos semua.”
Penelitian ini didanai, sebagian, oleh Intel, Raytheon, Laboratorium Penelitian Angkatan Laut, dan Kantor Penelitian Angkatan Laut.