Die Tera-Ära

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Für Waguih Ishak zählt nur Geschwindigkeit. Nicht auf der Straße, sondern im Datenverkehr - besonders dort, wo heute noch Kupfer den Strom aus Bits und Bytes transportiert: in den Eingeweiden von Supercomputern und PCs. Der Direktor des Photonik- und Elektronik-Forschungslabors beim amerikanischen Messgeräte-Spezialisten Agilent will in den nächsten Jahren sämtliche Tempolimits brechen - mit Licht. 250 Gigabit pro Sekunde schaffen die Forscher in Palo Alto schon. Bis Ende dieses Jahres soll die Grenze von einem Terabit geknackt werden. "Das ist der Beginn der Tera-Ära", schwärmt Ishak.

Die Agilent-Forscher beschäftigen sich mit so genannten Backplanes. Das sind Platinen, die die einzelnen Komponenten eines Systems - beim PC etwa Prozessor, Grafikkarte und Speicher - über den so genannten Bus verbinden. Dieser gilt als Flaschenhals, weil er das enorme Datenvolumen, das moderne Mikroprozessoren verarbeiten können, nicht schnell genug verteilen kann. Zwar gibt es mit PCI-Express mittlerweile einen Standard, der über vier Gigabyte pro Sekunde Datenübertragungsrate schafft, doch spätestens zum Ende des Jahrzehnts wird die Elektronik voraussichtlich ausgereizt sein.

Denn zum einen wirken die Leiterbahnen wie Antennen und strahlen Energie ab - ein Effekt, der mit zunehmender Taktfrequenz des Datenbusses immer stärker wird, sodass schon nach wenigen Zentimetern die Qualität des Signals stark leidet. Zum anderen breiten sich elektrische Signale in den Leiterbahnen nicht mit der Lichtgeschwindigkeit von 300.000 Kilometer pro Sekunde aus: Auf einer handelsüblichen Platine sind sie höchstens halb so schnell. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit beträgt dann maximal 15 Zentimeter pro Nanosekunde. Bei einem Bustakt von 500 MHz, was einer Taktlänge von zwei Nanosekunden entspräche, käme das Signal im ungünstigsten Fall gerade einmal von einem Ende des Motherboards zum anderen. Übertragungsraten von Terabyte pro Sekunde sind auf diesem Weg nicht zu machen. "Auf elektrischem Wege ist dieses Tempo nicht mehr zu schaffen", prophezeit auch Karl-Heinz Brenner, Professor für Optoelektronik an der Universität Mannheim.

Einziger Ausweg wären Verbindungen aus Glasfasern oder Kunststoffen, doch im Computer gab es damit bisher Probleme. Unter anderem, weil sich die Module, die elektrische Signale in Laserlicht wandeln und in die Glasfaser einspeisen, nicht eng genug packen ließen. Doch Waguih Ishak ist optimistisch: In zwei Jahren würden die Komponenten wie Prozessor, Grafikkarte und Speicher in einem Computer optisch verbunden. Die parallelen Kupferleitungen auf der Backplane werden dann durch Glasfasern oder Polymere ersetzt, die auf die Platine geklebt werden. Eingespeist wird das Licht über so genannte VCSEL-Laser, deren Miniaturisierung optische Backplanes überhaupt erst ermöglicht hat. Die Halbleiterlaser setzen die elektronischen in optische Signale um, die dann in Lichtleitfasern eingekoppelt und auf der anderen Seite wieder in elektrische Signale umgesetzt werden.