End-to-End Learning for VCSEL-based Optical Interconnects: State-of-the-Art, Challenges, and Opportunities
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2023

Optical interconnects (OIs) based on vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) are the main workhorse within data centers, supercomputers, and even vehicles, providing low-cost, high-rate connectivity. VCSELs must operate under extremely harsh and time-varying conditions, thus requiring adaptive and flexible designs of the communication chain. Such designs can be built based on mathematical models (model-based design) or learned from data (machine learning (ML) based design). Various ML techniques have recently come to the forefront, replacing individual components in the transmitters and receivers with deep neural networks. Beyond such component-wise learning, end-to-end (E2E) autoencoder approaches can reach the ultimate performance through co-optimizing entire parameterized transmitters and receivers. This tutorial paper aims to provide an overview of ML for VCSEL-based OIs, with a focus on E2E approaches, dealing specifically with the unique challenges facing VCSELs, such as the wide temperature variations and complex models.

Machine learning

Optical transmitters

end-to-end learning

Transceivers

Data models

Optical fibers

VCSEL-based optical interconnects

optical communications

Vertical cavity surface emitting lasers

Adaptation models

Optical fiber networks

Författare

Muralikrishnan Srinivasan

Chalmers, Elektroteknik, Kommunikation, Antenner och Optiska Nätverk

Jinxiang Song

Chalmers, Elektroteknik, Kommunikation, Antenner och Optiska Nätverk

Alexander Grabowski

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Fotonik

Krzysztof Szczerba

OpenLight Photonics

Holger K. Iversen

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

Mikkel N. Schmidt

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

D. Zibar

Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

Jochen Schröder

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Fotonik

Anders Larsson

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Fotonik

Christian Häger

Chalmers, Elektroteknik, Kommunikation, Antenner och Optiska Nätverk

Henk Wymeersch

Chalmers, Elektroteknik, Kommunikation, Antenner och Optiska Nätverk

Journal of Lightwave Technology

0733-8724 (ISSN) 1558-2213 (eISSN)

Vol. 41 11 3261-3277

Fysikbaserad djupinlärning för optisk dataöverföring och distribuerad avkänning

Vetenskapsrådet (VR) (2020-04718), 2021-01-01 -- 2024-12-31.

Optiska länkar för krävande datormiljöer

Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (CHI19-0004), 2021-01-01 -- 2025-12-31.

Frigöra full fiberoptisk kapacitet

Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse (KAW 2018.0090), 2019-07-01 -- 2024-06-30.

Ämneskategorier

Produktionsteknik, arbetsvetenskap och ergonomi

Kommunikationssystem

Inbäddad systemteknik

Datorsystem

Styrkeområden

Informations- och kommunikationsteknik

DOI

10.1109/JLT.2023.3251660

Mer information

Senast uppdaterat

2023-12-25