IBM stellt Silicon-Photonics-Chip vor
Hochintegrierte Silicon-Photonics-Chips mit Lichtwellen-Multiplexing sollen die seit Jahren vertagte Integration der Lichtimpuls-Übertragung in die Chips nun voranbringen.
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Mehrere Hundert Chips für 100-GBit/s-Transceiver füllen die Kassette, für den Größenvergleich mit einer Vierteldollar-Münze versehen.
Einen ersten Silicon-Photonics-Chip für die Datenübertragung per Lichtimpulsen auf Duplex-Single-Mode-Glasfasern hat IBM vorgeführt. Der Transceiver-Chip soll die Daten per Wellenlängen-Multiplexing auf vier Kanälen mit je 25 GBit/s übertragen. Zudem soll er sich mit in der Wafer-Produktion üblichen Standard-Verfahren herstellen lassen und sich damit bereits für die Massenproduktion eignen. Damit sei in absehbarer Zeit die Herstellung preiswerter 100-GBit/s-Transceiver möglich.
(Bild: IBM)
Hinter dem Silicon Photonics genannten Verfahren verbirgt sich die Idee, die für das Senden und Empfangen optischer Signale benötigten Komponenten erstens klein genug und zweitens in Silizium zu fertigen, also im lithographischen Herstellungsverfahren direkt in einen Chip zu "gießen". IBMs Entwicklern ist es nun gelungen, die optischen Komponenten zusammen mit den elektrischen Schaltkreisen auf einem einzelnen Silizium-Chip mit Strukturen von unter 100 nm unterzubringen. Noch nicht integriert sind momentan die Laser.
Glasfaser vs. Kupfer
Mit der optischen Datenübertragung lässt sich nicht nur mit wesentlich weniger Aufwand ein höherer Durchsatz erzeugen als bei der elektrischen Übertragung per Kupfer, auch ist die Energieaufnahme hier wesentlich geringer. Da die optische Datenübertragung außerdem bei Weitem nicht mit den Längenbeschränkungen zu kämpfen hat wie die per Kupferleitungen, lassen sich damit nicht nur Chips innerhalb eines Servers, sondern auch die Chips innerhalb eines Supercomputers oder eines Rechenzentrums – etwa fürs Cloud Computing – verbinden.
Bisher existieren Glasfaserverbindungen nur für die Vernetzung von Servern(-Nodes) und/oder Storage-Systemen, die mit steckbaren Transceivern oder PCI(e)-Steckkarten ausgestattet sind. Einen ersten 10-GBit/s-Router, der intern mit Silicon Photonics arbeiten soll, hat Compass-EOS im Programm. Auch Intel arbeitet seit mindestens 2002 an "SiPh", momentan in Form der "Omni Path Fabric", die in einer Demo von Fujitsu als oPCIe (optical PCIe) zwei Server mit externen PCIe-Gehäusen verband und im Jahr 2018 die Knoten des in Auftrag gegebenen 180-Petaflops-Supercomputer Aurora verbinden soll.
Anders als IBMs Single-Mode-Variante arbeiten alle bisherigen Silicon-Photonics-Chips mit Multi-Mode-Fasern, meist mit der sogenannten VCSEL-Technik (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). So bündelt Intel in seinem Omni-Path bis zu 64 Fasern mit je 25 GBit/s zu einer 1,6-TBit/s-Variante mit bis zu 300 m Reichweite. Bei IBM ist derzeit die Rede von Distanzen von bis zu 2 km. Zudem ist die Fertigung wesentlich teurer: Intel produziert die Komponenten separat und nicht in einem monolitischem Chip.
(Bild: IBM)
Für IBM führt der Weg von Silicon Photonics zur Integration von Lichtimpulsen bis in den Prozessor. Im nächsten Schritt seien die Laser auf den Chip zu bringen, in fernerer Zukunft steht die Integration in Rechen-Chips auf dem Programm. (sun)