News : Intels „Silicon Photonics Link“ schafft 50 Gbit/s

, 62 Kommentare

Intel arbeitet seit einiger Zeit neben „Light Peak“ an einer kostengünstigen Lösung, um Hardwarekomponenten mit hoher Bandbreite optisch miteinander kommunizieren zu lassen. Im Rahmen einer Telefonkonferenz erläuterte Intel-Fellow Dr. Mario Paniccia heute den aktuellen Stand der „Silicon Photonics Link“-Entwicklungen.

Hintergrund des angedachten Wechsels zu optischen Leitern sind die Probleme und der hohe Energiebedarf, den Kupferleitungen bei Datenraten oberhalb von 10 Gbit/s und über größere Distanzen haben. Optische Leiter haben im Vergleich eine viel höhere Reichweite und Bandbreite, können mehrere Signale auf einer Leitung transportieren, werden nicht durch Elektrosmog beeinflusst und sind darüber hinaus auch noch sehr dünn und leicht. Mit der bisherigen Technik sind solche Lösungen jedoch auch relativ groß, sehr teuer und kommen daher nur bei sehr datenintensiven Anwendungen oder über lange Distanzen, etwa in Tiefseekabeln, zum Einsatz.

50G Si Photonics Link
50G Si Photonics Link

Intels Silizium-basierte Technik mit integrierten Schaltkreisen kratzt nun am Kostenfaktor und soll optische Datenverbindungen dank hoher Integration, hohen Produktionsvolumina und der Skalierbarkeit als Alternative zu USB und anderen elektrischen Datenverbindungen interessant machen; sei dies nun im Multimediabereich, in der Netzwerktechnik oder einem anderen Anwendungsgebiet – solange Daten ausgetauscht werden, kann dies im Prinzip auch optisch erfolgen. Dabei setzt das Unternehmen unter anderem auf bewährte Produktionstechniken für PC-Boards und passive optische Verbindungen.

Enabling for High Volume Assembly
Enabling for High Volume Assembly
The Path to "Siliconizing" Photonics
The Path to "Siliconizing" Photonics
Hybrid Silicon Laser
Hybrid Silicon Laser
Hybrid Silicon Laser
Hybrid Silicon Laser

Grundlage der „Silicon Photonics Link“-Entwicklung ist die Integration mehrerer Silizium-basierter Komponenten, die Intel in den vergangenen Jahren entwickelt hat und die nun in zwei Chips – einen Transmitter und einen Receiver – integriert wurden. Darunter auch der hybride Siliziumlaser: Seine Entwicklung gelang durch die Kombination des III-V-Halbleiters Indiumphosphid mit Silizium. Das Indiumphosphid emittiert bei elektrischer Stimulation Licht, das im Silizium hin und her springt und durch das Indiumphosphid-basierte Material verstärkt wird und schließlich vom Siliziumhohlleiter kontrolliert weitergeleitet wird. Die Wellenlänge des emittierten Lichts wird dabei durch das ins Silizium geätzte Beugungsgitter bestimmt.

The 50G Si Photonics Link
The 50G Si Photonics Link
Integrated Transmitter Chip
Integrated Transmitter Chip
Integrated Receiver Chip
Integrated Receiver Chip

Aus Sicht der Forscher ist es einfacher, Optimierungen an getrennten Transmittern und Receivern vorzunehmen, weshalb die Bemühungen derzeit noch nicht auf eine Integration dieser beiden Komponenten abzielen und beide Chips auf eigenen Modulen sitzen. Im Inneren des Transmitter-Chips arbeiten vier hybride Siliziumlaser, die Licht in jeweils einer anderen Wellenlänge emittieren. Dieses Licht wird von den vier Modulatoren, die ihre Daten elektrisch mit bis zu 12,5 Gbit/s erhalten, mit Informationen geprägt und anschließend im Multiplexer zu einem Lichtstrahl zusammengefasst und über eine Glasfaser an den Receiver-Chip übertragen. Aus den vier Kanälen und den Datenraten der Modulatoren ergibt sich nun auch die Bandbreite des Chips, die bei bis zu 50 Gbit/s liegt.

Skalierung
Skalierung
Measured Data
Measured Data

Im Receiver-Chip wird das Licht vom Kuppler empfangen und an den Demultiplexer weitergeleitet, der die einzelnen Wellenlängen wieder trennt und wiederum an vier Photodetektoren weiterleitet, welche die optischen Signale wieder in elektrische Umwandeln. Bei der Betrachtung dieser Vorgänge werden schnell die Optionen zur Skalierung deutlich. Einerseits besteht die Möglichkeit, bei gleicher Anzahl der Kanäle die Datenrate pro Kanal zu erhöhen: Derzeit möglich wären etwa 25 oder sogar 40 Gbit/s. Aber auch Datenraten von bis 100 Gbit/s könnten möglich sein. Als zweite Möglichkeit bietet es sich an, die Anzahl der Kanäle zu erhöhen. Intels Präsentation spricht hier von bis zu 32 Kanälen. Eine Kombination beider Skalierungsoptionen kann so dank Multiplikatoreffekt bereits mit relativ geringem Aufwand zu beträchtlichen Steigerungen der Bandbreite führen.

A Wealth of Data to Move
A Wealth of Data to Move
Example: Advanced Video Technology
Example: Advanced Video Technology

Die Anzahl der möglichen Anwendungsgebiete ist – niedrige Kosten vorausgesetzt – sehr hoch. Als Beispiele nennt Intel etwa den Anschluss von Monitoren und Fernsehern, die mit immer höheren Datenraten gefüttert werden müssen und in Zukunft leicht Datenraten von 60 Gbit/s erreichen könnten. Aber auch in Netzwerken fallen immer größere Datenmengen an, die mit optischen Verbindungen einfacher zu handhaben wären. Multi-Prozessor-Systeme könnten andererseits auf mehrere, mit optischen Links kommunizierende Boards verteilt werden, was die Kühlung der einzelnen Chips erleichtern würde.

Bis zur Marktreife wird es allerdings noch voraussichtlich drei bis fünf Jahre dauern, in denen das Unternehmen weiter an der Skalierung, den Produktionskosten und der Integration arbeiten wird.