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Intel mit optischer Datenübertragung per hybridem Silizium-Laser
31.07.2010 | Intel hat den Prototypen des weltweit ersten Chips mit Silizium-basierter optischer Datenverbindung und integriertem Laser vorgestellt. Dieser Chip stellt einen wichtigen Fortschritt in der Forschung dar, künftig Lichtstrahlen statt Elektronen zum Datentransport im und rund um den Computer einzusetzen. Durch diese neue Technologie erfolgt der Datentransfer über längere Distanzen und um ein Vielfaches schneller als bei der heutigen Kupfer-Technologie. Bis zu 50 GBit Daten lassen sich damit pro Sekunde übertragen – das entspricht einem kompletten Film in HD-Qualität.
Die Komponenten eines Computers sind heute über Kupferkabel oder
-bahnen auf Leiterplatten miteinander verbunden. Durch die
Signal-Verschlechterung, die Metalle wie Kupfer bei der Übertragung von
Daten mit sich bringen, ist allerdings die maximale Länge dieser
Verbindungen begrenzt. Dies limitiert die Möglichkeiten von
Computerdesigns und führt dazu, dass Prozessoren, Speicher und andere
Komponenten nur wenige Zentimeter voneinander entfernt platziert werden
müssen. Das heute vorgestellte Forschungsergebnis ist ein weiterer
Schritt in Richtung des Ersetzens dieser Verbindungen durch extrem dünne
und leichte optische Glasfasern, die mehr Daten über größere
Entfernungen übertragen können. Damit verändert sich wesentlich die Art
und Weise, in der Computer und Rechenzentren von morgen geplant und
konstruiert werden können.
So
wäre es beispielsweise denkbar, dass die Komponenten künftiger
Rechenzentren oder Supercomputer über ein ganzes Gebäude oder sogar
einen Campus verteilt sind und miteinander in hoher Geschwindigkeit
kommunizieren – im Gegensatz zur beschränkten Reichweite und begrenzten
Kapazität von schweren Kupferkabeln. Damit könnten etwa
Suchmaschinen-Betreiber, Cloud Computing-Anbieter oder
Finanzdienstleister in ihren Rechenzentren die Leistung und ihr
Potenzial steigern, sowie signifikant Energie- und Raumkosten sparen.
Forscher könnten mit der neuen Technologie leistungsfähigere
Supercomputer bauen, die ihnen helfen, auch die größten
wissenschaftlichen Herausforderungen zu meistern.
Prototyp ist Ergebnis langjähriger Forschung
Justin
Rattner, Intel Chief Technology Officer und Director der Intel Labs,
zeigte die Silizium-Photonik-Verbindung auf der Integrated Photonics
Research Konferenz in Monterey, Kalifornien. Der 50 GBit/s-Chip ähnelt
einem „Konzept-Fahrzeug“, mit dem die Intel Forscher neue Ideen testen
und damit Technologien entwickeln können, die den Transfer von Daten
über Lichtstrahlen und Silizium zu niedrigen Kosten – anstelle teurer,
schwerer herstellbarer Bauelemente, die aus exotischen Materialien wie
Galliumarsenid bestehen – ermöglichen. Obwohl einige Anwendungen wie
etwa im Bereich Telekommunikation bereits Laser verwenden, um
Informationen zu übertragen sind diese aktuellen Technologien zu teuer
und zu unhandlich für die Nutzung in PCs. „Die weltweit erste
50GBit/s-Verbindung über Silizium-Photonik mit integriertem hybriden
Silizium-Laser markiert einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu
unserem langfristigen Ziel, Photonik mit Silizium zu kombinieren und
hohe Bandbreite als auch niedrige Kosten für die optische Kommunikation
in und um künftige PCs, Server und Geräte für Verbraucher zu
ermöglichen“, sagte Justin Rattner.
Der
50 GBit/s-Prototyp ist das Ergebnis eines mehrjährigen
Forschungsvorhabens zum Thema Silizium-Photonik, das zahlreiche
„Weltneuheiten“ hervorbrachte. Er besteht aus einem Silizium-Sender und
einem Empfänger-Chip, die beide alle notwendigen Bausteine aus früheren
Errungenschaften der Intel Forschung integrieren. Dazu gehören der erste
hybride Silizium-Laser, den Intel 2006 in Zusammenarbeit mit der
University of California in Santa Barbara entwickelt hat, sowie die im
Jahr 2007 vorgestellten Hochgeschwindigkeits-Photodetektoren und
optischen Modulatoren.
Bündelung von vier Lichtstrahlen
Der
Sender-Chip besteht aus vier solchen Lasern, deren Lichtstrahlen in
einen optischen Modulator gelangen, der die Daten dort mit 12,5 GBit/s
kodiert. Die vier Lichtstrahlen werden dann gebündelt und auf einem
einzigen Lichtwellenleiter mit einer Datenrate von 50 GBit/s ausgesandt.
Am anderen Ende der Verbindung trennt der Empfänger-Chip die vier
optischen Strahlen und leitet sie in Photodetektoren, welche die Daten
wieder in elektrische Signale umwandeln. Beide Chips sind mit
kostengünstigen Verfahren hergestellt, die aus der Halbleiter-Industrie
bekannt sind. Intel Forscher arbeiten bereits daran, die Datenrate durch
Skalieren der Modulator-Geschwindigkeit und eine Erhöhung der Anzahl
von Lasern pro Chip zu steigern. Dies bereitet den Weg für künftige
optische Verbindungen im Terabit/s-Bereich. Solche Datenraten wären
schnell genug, um die gesamten Daten eines typischen Notebooks in einer
Sekunde zu übermitteln.
Die
beschriebene Forschungsarbeit ist getrennt von Intels Light
Peak-Technologie zu sehen. Diese hat das Ziel, eine optische Verbindung
mit Multi-Protokoll 10 GBit/s auf Client-Plattformen von Intel zeitnah
einzusetzen. Das Forschungsprojekt Silizium-Photonik hat das Ziel,
Silizium und Photonik zu kombinieren, um Kosten einzusparen und
Tera-Scale-Bandbreiten für die Ein-und Ausgabe von Daten (I/O) zu
erreichen, die in einer Vielzahl von zukünftigen Anwendungen zu sehen
sein werden. Beide Forschungsprojekte sind Teil der umfassenden
I/O-Strategie von Intel.
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