So, 22. Oktober 2017

Turbo-Boost

02.12.2010 11:12

Neuer IBM-Chip überträgt Daten per Lichtimpuls

Der US-Computerkonzern IBM hat eine neuartige Chiptechnologie vorgestellt, die elektrische und optische Bauelemente auf demselben Siliziumchip integriert. Anstelle der heute üblichen elektrischen Signale soll die Datenkommunikation zwischen Prozessoren damit künftig über Lichtimpulse erfolgen und Computern zu einem bislang ungeahnten Geschwindigkeitsschub verhelfen.

Die neue sogenannte "CMOS Integrated Silicon Nanophotonics"-Technologie übertreffe die mit den heutigen Herstellmethoden machbare Integrationsdichte von elektrischen und optischen Komponenten um das Zehnfache, was enorme Geschwindigkeits- und Leistungssteigerungen bei der  Datenkommunikation zwischen Chips zulasse, erklärte IBM.

"Die Einbettung von optischer Datenkommunikation in den Prozessor bringt uns einen wichtigen Schritt weiter in der Entwicklung von energieeffizienten Computersystemen mit Leistungen im Exaflop-Bereich", sagte T.C. Chen, Vize-Präsident von Science & Technology bei IBM Research. Ein Exaflop sind 1018 Rechenoperationen in einer Sekunde. Ein Exascale-Computer ist damit rund tausendmal leistungsfähiger als der schnellste heutige Supercomputer.

Bedeutsam für die Anwendung der neuen Silizium-Nanophotonik-Technologie sei vor allem, dass sie mittels heutiger Verfahren hergestellt werden könne und keine speziellen Geräte erfordere. Mit diesem Ansatz lassen sich Transistoren auf derselben Siliziumschicht wie die Nanophotonik-Komponenten einbetten. Möglich wurde dies durch die Entwicklung von integrierten, ultra-kompakten aktiven und passiven optischen Bauelementen mit kleinsten Abmessungen. Hierzu gehörten etwa, so IBM in einer Mitteilung, Modulatoren, Germanium-Photodektektoren oder ultra-kompakte Wellenlängen-Multiplexer.

Eine Lichtfarbe pro Datenstrom
Dank letzterer ließen sich gleich mehrere Datenströme in einer optischen Verbindung übertragen, wobei jeder Datenstrom seine eigene Lichtfarbe benütze. "So wird eine weitere Hochskalierung der Datenraten möglich", erklärte Dr. Folkert Horst von der Photonics Forschungsgruppe am IBM Forschungslabor in Rüschlikon.

Ein einziger On-Chip-Transceiverkanal für die optische Datenkommunikation mit allen notwendigen elektrischen und optischen Komponenten und Schaltkreisen findet mit dieser Technologie IBM zufolge auf nur 0,5 mm² Platz. Ein gesamter Transceiver mit einer Grösse von 4x4 mm² könnte so Übertragungsraten von mehr als einem Terabit pro Sekunde ermöglichen.

Datenkommunikation für die Supercomputer der Zukunft
Mit immer leistungsfähigeren Prozessoren steigen die Anforderungen an die Datenübertragung innerhalb eines Computersystems enorm. Für Supercomputer und Hochleistungsrechner wird daher am Einsatz optischer Datenkommunikationstechnologien geforscht. Die Datenübertragung mit Licht erlaubt weitaus höhere Übertragungsraten pro Verbindung, zudem können optische Verbindungen sehr dicht gelegt werden, da es anders als bei den heute verwendeten Kupferverbindungen nicht zu störenden Wechselwirkungen kommt.

Die Herausforderung besteht in der Integration der optischen Komponenten sowie in einer effizienten, zuverlässigen und möglichst verlustarmen elektro-optischen Umwandlung der Signale. Die von IBM Research gezeigten Lösungen seien in dieser Hinsicht wegweisend, so der Computerkonzern.

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