Έρευνα στην Ελλάδα / Από τις οπτικές ίνες στους υπερυπολογιστές. Η δραστηριότητα του Εργαστηρίου Έρευνας Φωτονικών Επικοινωνιών

Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς

Εκτύπωση

Έρευνα στην Ελλάδα / Από τις οπτικές ίνες στους υπερυπολογιστές. Η δραστηριότητα του Εργαστηρίου Έρευνας Φωτονικών Επικοινωνιών

ΠΡΙΣΜΑ

6’

18.06.18 08:30

Αυγή Newsroom

Πρωτότυπο chip ολοκληρωμένου οπτικού πομποδέκτη εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας (100 GB/sec) για διασύνδεση μεταξύ υπομονάδων data centers που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του έργου POLYSYS.

Το Εργαστήριο Έρευνας Φωτονικών Επικοινωνιών (ΕΕΦΕ) της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου διενεργεί εδώ και δύο δεκαετίες περίπου έρευνα αιχμής σε πολλούς τομείς της Φωτονικής. Για την ερευνητική δραστηριότητα του εργαστηρίου μιλά στο «Πρίσμα» ο διευθυντής του εργαστηρίου και καθηγητής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Ηρακλής Αβραμόπουλος.

Πείτε μας λίγα λόγια για τη δημιουργία του Εργαστηρίου Έρευνας Φωτονικών Επικοινωνιών.

Όπως πολλά πράγματα στην έρευνα και η δημιουργία του εν λόγω εργαστηρίου ήταν συνδυασμός παραγόντων και συγκυριών. Η ιστορία του ΕΕΦΕ ξεκίνησε από την Αμερική όπου εργαζόμουν ως ερευνητής στο Τμήμα Οπτικών Υπολογιστών των Bell Laboratories. Το 1993, μέσω συνεννόησης με το ΕΜΠ, τέθηκε η ιδέα δημιουργίας ενός αντίστοιχου εργαστηρίου στο Τμήμα των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών. Επιστρέφω μόνιμα πλέον στην Ελλάδα, ως ερευνητής, μαζί με τον όλο τον εξοπλισμό του εργαστηρίου μου στην Αμερική, ως ευγενική δωρεά των Bell Laboratories στο Πολυτεχνείο!

Για όσους δεν τα γνωρίζουν, τα Bell Labs έχουν μια ιστορία συνδεδεμένη με οκτώ Βραβεία Νόμπελ και σημαντικότατες τεχνολογικές ανακαλύψεις, οι γνωστότερες από τις οποίες είναι το τρανζίστορ, το laser, το λειτουργικό σύστημα Unix και η γλώσσα προγραμματισμού C. Πρόκειται για ανακαλύψεις που σημάδεψαν την τεχνολογική εξέλιξη της ανθρωπότητας στα χρόνια που ακολούθησαν.

Με αφετηρία τα Bell Labs, δημιουργήθηκε το ΕΕΦΕ και στελεχώθηκε με τρεις ερευνητές οι οποίοι ήταν τελειόφοιτοι φοιτητές ηλεκτρολόγοι μηχανικοί και φυσικοί. Το ξεκίνημα ήταν μια πραγματικά δύσκολη περίοδος, καθώς οι διαθέσιμοι οικονομικοί πόροι για έρευνα ήταν ελάχιστοι και οποιαδήποτε περαιτέρω εξασφάλισή τους εξαρτιόταν από τη δική μας αποφασιστικότητα για σκληρή δουλειά. Σήμερα, 23 χρόνια μετά, έχουν ολοκληρώσει τα διδακτορικά τους στο εργαστήριο 28 φοιτητές, οκτώ από τους οποίους ακολουθούν ακαδημαϊκή καριέρα, άλλοι έξι έχουν δημιουργήσει δικές τους εταιρείες και μάλιστα πολύ επιτυχημένες, ενώ άλλοι είναι στελέχη μεγάλων εταιρειών τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό. Πρόκειται για μια ιδιαίτερα επιτυχή πορεία η οποία αποκτά ακόμη μεγαλύτερη σημασία αν ληφθεί υπόψη ότι στη χώρα μας δεν υπάρχει ένα “οικοσύστημα” αντίστοιχο με αυτό της Αμερικής αποτελούμενο από ΑΕΙ με στιβαρή οικονομική επάρκεια για έρευνα, μεγάλες εύρωστες εταιρείες που δημιουργούν διαρκώς ανάγκες για καινοτομία και μια πλειάδα μικρότερων και νεοφυών (start-ups) εταιρειών να το συμπληρώνουν. Σαν ομάδα πετύχαμε πολλούς από τους στόχους, αφενός αντιμετωπίζοντας όλες τις προκλήσεις που η ελληνική πραγματικότητα έθετε στη διαδρομή μας και αφετέρου δημιουργώντας ισχυρούς δεσμούς συνεργασίας με το ευρωπαϊκό οικοσύστημα. Θα ήθελα να συμπληρώσω ότι το ΕΜΠ ήταν και παραμένει ένας εύφορος χώρος για παρόμοιες προσπάθειες στην Ελλάδα.

Με ποιους ερευνητικούς τομείς ασχοληθήκατε αρχικά;

Αρχικά η έρευνα του ΕΕΦΕ εστιάστηκε στην οπτική επεξεργασία σήματος, βασισμένη σε απλές φωτονικές διατάξεις δανεισμένες από τις τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων, δηλαδή από οπτικές ίνες και οπτικούς ενισχυτές ημιαγωγών. Βρισκόμασταν στην εποχή που μεσουρανούσε η ιδέα των αμιγώς οπτικών υπολογιστών, όπου το ζητούμενο ήταν η ταχύτατη επεξεργασία της μεταδιδόμενης πληροφορίας χωρίς τη μεσολάβηση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και το όραμα ήταν "υπολογισμοί με ταχύτητα φωτός". Όραμα που μερικά χρόνια μετά άρχισε να φθίνει για δύο λόγους: την αναπόφευκτη χρήση των ηλεκτρονικών, τα οποία εν τέλει καθόριζαν τους χρόνους επεξεργασίας αλλά και την αδυναμία ολοκλήρωσης, ή έστω σμίκρυνσης, των οπτικών διατάξεων.

Σε τι τομείς εστιάζεται κυρίως η ερευνητική σας δραστηριότητα σήμερα;

Η ολοκλήρωση των φωτονικών διατάξεων ξεκίνησε να ωριμάζει στις αρχές τις προηγούμενης δεκαετίας. Επρόκειτο για μια πραγματικά επαναστατική τεχνολογική εξέλιξη, η οποία και αποτέλεσε το νέο σημείο εστίασης των ερευνητικών δραστηριοτήτων του ΕΕΦΕ. Και ήταν επαναστατική όχι μόνο διότι άλλαξε τον τρόπο σκέψης μας ως μηχανικών αλλά και διότι διεύρυνε εντυπωσιακά το φάσμα εφαρμογών (π.χ. βιοαισθητήρες μοριακής/κυτταρικής ανάλυσης, φορητές/φορετές συσκευές, οπτικές διασυνδέσεις για τα κέντρα διαχείρισης/διακίνησης δεδομένων και για υπερυπολογιστές σε αντικατάσταση των παραδοσιακών χάλκινων συνδέσεων κ.λπ.). Από πολύ νωρίς το ΕΕΦΕ βρέθηκε στο επίκεντρο των καινοτομικών αυτών εξελίξεων και εφαρμογών μέσω της συνεργασίας του με άλλα ευρωπαϊκά ερευνητικά ιδρύματα, πανεπιστήμια και επιχειρήσεις διεθνούς φήμης στο πλαίσιο της υλοποίησης ενός πλήθους ερευνητικών έργων χρηματοδοτούμενων από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή.

Μπορείτε να μας φέρετε μερικά παραδείγματα ερευνητικών έργων του εργαστηρίου;

Αυτή τη στιγμή στο εργαστήριο υλοποιείται ένας αριθμός έργων, καθένα από τα οποία έχει διαφορετικούς στόχους αλλά και ξεχωριστό ενδιαφέρον. Ενδεικτικά σας αναφέρω το NEPHELE, το οποίο αφορά την ανάπτυξη μιας προτεινόμενης οπτικής αρχιτεκτονικής για βελτιστοποίηση του ελέγχου και της διαχείρισης ενός κέντρου δεδομένων (datacenter) καθώς και της ταχύτατης διασύνδεσης μεταξύ των κόμβων, όπου αξιοποιείται στο έπακρο η διαθέσιμη οπτική υποδομή. Στο συγκεκριμένο έργο το ζητούμενο δεν ήταν τόσο να αναπτυχθεί νέα οπτική τεχνολογία, όσο να δημιουργηθεί μια καινοτόμα αρχιτεκτονική για τη μέγιστη αξιοποίηση της διαθέσιμης φωτονικής τεχνολογίας.

Το POLYSYS είναι ένα παλιότερο έργο, που αποσκοπούσε στην ανάπτυξη ολοκληρωμένων φωτονικών πομποδεκτών για εξαιρετικά μεγάλης χωρητικότητας ζεύξη μεταξύ υπομονάδων των datacenters για μεταφορά πληροφορίας με ταχύτητα ανά κανάλι μέχρι 100 Gb/s. Μια ταχύτητα κατά πολύ μεγαλύτερη από το ρεκόρ που υπήρχε εκείνη τη στιγμή. Σημειωτέον ότι τέτοιοι ρυθμοί μετάδοσης δεν έχουν ξεπεραστεί ακόμη, τουλάχιστον σε εμπορικά συστήματα.

Τέλος, θα αναφέρω το έργο ACTPHAST (http://www.actphast.eu/), το οποίο είναι μεγάλης κλίμακας, όπου το ΕΕΦΕ συμμετέχει ως εταίρος και το οποίο έχει παράξει μερικά πολύ εντυπωσιακά αποτελέσματα. Αυτή η επιτυχία οδήγησε το ACTPHAST να διανύει πλέον την τρίτη φάση υλοποίησης, με τετραετή ορίζοντα η καθεμία. Στο έργο συμμετέχουν μεγάλα ευρωπαϊκά ερευνητικά κέντρα και κεντρικός στόχος του είναι η παροχή τεχνογνωσίας προς μεγαλύτερες ή μικρότερες εταιρείες ανά την Ευρώπη προκειμένου να ενσωματώσουν στα προϊόντα τους ή τις υπηρεσίες τους τις καινοτομίες της φωτονικής τεχνολογίας.

Ποια είναι τα ερευνητικά σχέδιά σας για το μελλον;

Είναι μεγάλη η βεντάλια θεμάτων που εξετάζουμε για τη συνέχεια, όμως αξίζει να σταθώ σε ένα θέμα που άπτεται περισσότερο της βασικής έρευνας. Αφορά τον συγκερασμό της δυνατότητας ολοκλήρωσης φωτονικών συστημάτων και των δυνατοτήτων που παρέχει η Κβαντική Φυσική σε υπολογισμό, ανίχνευση και κρυπτογραφία. Τα υφιστάμενα συστήματα μελέτης κβαντικών φαινομένων είναι ογκώδη, δαπανηρά και απαιτητικά σε εξοπλισμό και για την ώρα έχουν θέση μόνο σε εργαστηριακούς χώρους. Το συγκεκριμένο ερευνητικό πεδίο είναι ακόμη στις απαρχές του, σε παγκόσμια κλίμακα, τόσο σε επίπεδο συστημάτων όσο και εφαρμογών. Επιδίωξή μας δεν είναι μόνο να εντρυφήσουμε και να εμβαθύνουμε στο συγκεκριμένο πεδίο, αλλά και να μεταφέρουμε τη δική μας εμπειρία και τεχνογνωσία σε αυτό, συμβάλλοντας με λύσεις στην επιτάχυνση της εξέλιξής του.

Λήδα Αρνέλλου

Ενημερωθείτε για τη δραστηριότητα του ΕΕΦΕ και τη διεξαγόμενη έρευνα:

Ιστοσελίδα ΕΕΦΕ: http://photonics.ntua.gr/

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΕΕΦΕ: http://photonics.ntua.gr/projects/

Ερευνητικά έργα σχετικά με εφαρμογές οπτικών διασυνδέσεων για μετάδοση

* NEPHELE

Project site: http://www.nepheleproject.eu/

Project Video: https://www.youtube.com/watch?v=mL3Qoadts-4

NEPHELE live demonstration (Oct. 2017):

* MIRAGE

Project site: http://www.ict-mirage.eu/

Project Video: https://www.youtube.com/watch?v=9t0HA25FTUk