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Banda ancha más rápida gracias a la colaboración entre lo público y privado

La economia colaborativa y la Open Innovation no es sólo cuestión de particulares y empresas, sino que las compañías públicas y servicios estatales tienen mucho que aportar al desarrollo de soluciones óptimas a los retos de la sociedad. Así, una colaboración entre un proveedor de equipos de telecomunicaciones de EEUU y el Departamento de Energía, a través del Laboratorio Nacional de Ciencia ha ayudado a reducir de forma drástica los tiempos de ciclo del diseño de componentes de las futuras redes ópticas de alta velocidad.

Informáticos y matemáticos de Berkeley trabajaron junto a ingenieros de Ciena, una de las compañías de redes más importante, para acelerar el proceso mediante el cual Ciena valida el diseño de su chip ASIC (circuito integrado de aplicación específica).

La colaboración surgió a partir de la relación existente entre Ciena, un pionero en la tecnología de comunicación óptica de banda ancha, y la Red de Ciencias de la Energía del DOE (ESnet), que utiliza productos de Ciena para apoyar su red de alta velocidad.

La experiencia en transporte óptico masivo

Según el director de ESnet, la ciencia moderna requiere redes globales rápidas como la suya, y casi todo el tráfico de red DOE se ejecuta sobre el engranaje óptico de Ciena. Aunque ESnet no transporta tanto tráfico como, por ejemplo, Google, tiene el desafío único de hacer frente a las corrientes masivas de datos exclusivos de detectores e instrumentos como el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Estos medios necesitan explotar componentes de red de vanguardia, y a menudo son los primeros usuarios de esos componentes.

Para ayudar a Ciena a utilizar métodos computacionales en el diseño y la producción de sus productos de redes ópticas de próxima generación, la División de Investigación Computacional del Laboratorio Berkeley (CRD) mejoró la posibilidad de acelerar la verificación computacionales de los códigos Forward Error Correction (FEC), los cuales se utilizan comúnmente en los equipos de transmisión óptica para el control de errores en la transmisión de datos.

Millones de datos, millones de horas

Para ello se modificó un generador de números aleatorios llamado MRG8 (multiple recursive generator with 8th-order recursion), que fue desarrollado por Kenichi Miura, una filial de Berkeley Lab. Diseñadores del ASIC de Ciena, dirigidos por Kim Roberts, emplearon después 8 millones de horas de supercomputación en el Centro de Computación Científica Nacional del laboratorio de Berkeley (NERSC) para probar y validar la eficacia de la FEC mejorada en los códigos de los módems de Ciena.

Para mostrar los beneficios de esta tecnología, el equipo simuló el envío de 9 trillones de bits de datos en un entorno ruidoso, donde las degradaciones del canal causaron alrededor de 500 billones de bits recibidos por error.

El mecanismo FEC corrigió los 500 billones de errores y aseguró una tasa de error inferior a 10-16. Sin ASIC para realizar los cálculos necesarios en el procesamiento FEC, las redes modernas de alta velocidad no serían posibles, aseguran sus ingenieros. FEC es una manera de añadir información adicional a una señal de información, para que en caso de pérdida o corrompido durante la transmisión de cualquier señal, el flujo de datos original pueda ser recuperado, hasta un punto determinado.

El proceso de validación de los algoritmos FEC requiere la ejecución de una serie de experimentos de muestreo millones de veces, para realizar un seguimiento de cuándo y dónde se producen los errores de transmisión. Para mejorar este proceso y el propio código FEC, el equipo de laboratorio de Berkeley tenía que encontrar la manera de iniciar los experimentos para asegurarse de que eran verdaderamente aleatorios y no se correlacionan o duplican en secreto.

El uso de los recursos de procesamiento en paralelo al NERSC tuvo un impacto fundamental en el tiempo que se tardó en realizar los experimentos y validar el diseño del algoritmo FEC. Con los recursos NERSC, Ciena fue capaz de ampliar considerablemente el alcance de su estudio en una escala de tiempo comprimido. Los investigadores están convencidos de que si toda la industria es impulsada hacia adelante un poco por este tipo de colaboración, el mercado se moverá hacia adelante más rápidamente y las nuevas tecnologías evolucionarán. Eso es bueno para la ciencia y esperan que esta asociación continúe en beneficio de la comunidad de la red.

Fuente: NERSC.

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