Elektro-photonische integrierte Schaltkreise für schnelleren Datentransfer
Schneller Datentransport wird über zeit- und energiesparende Glasfaserkabel gewährleistet. Doch dafür müssen die Signale an den Knotenpunkten von Spannungsimpulsen in schnellere Lichtimpulse umgewandelt werden. Dies geschieht durch sogenannte Transceiver. Für das Projekt SPEED (Silicon Photonics Enabling Exascale Data Networks) wurden zwei besondere Geräte entwickelt. Sie ermöglichen Übertragungsraten von 400 Gigabit pro Sekunde. Eines davon ist für die passive Übermittlung und kurze Distanzen innerhalb der Rechenzentren ausgelegt. Das andere ist für längere Distanzen entwickelt und sorgt für eine schnelle Übertragung von einem Rechenzentrum zum nächsten.
Transceiver – eine Wortschöpfung aus Transmitter (Sender) und Receiver (Empfänger) – übersetzen elektrische Signale in Lichtimpulse. Diese können in verschiedenen Amplituden, Phasen und Wellenlängen erzeugt werden und so in kürzester Zeit viele Daten über eine einzelne Faser übertragen. Solche optisch-elektrische Module auf Basis von Silizium benötigen nur wenig Raum. Silizium fungiert dabei als Basis der Nanoelektronik sowie als Leiter optischer Signale. Dies ist möglich, weil Silizium in dem für optische Nachrichtentechnik relevanten Infrarotbereich transparent erscheint.
Der erste durch SPEED entwickelte Transceiver arbeitet mit vier verschiedenen Wellenlängen. Im Bereich um 1.300 Nanometer detektiert er einzelne Wellenlängen direkt. Dieser Transceiver ist für die passive Verbindung innerhalb eines Rechenzentrums konzipiert und auf eine Reichweite von bis zu zwei Kilometern ausgelegt.
Der zweite Transceiver kann auf die Wellenlängen abgestimmt werden. Dieses Gerät kann zusätzlich auch die Phase des optischen Signals detektieren. Es eignet sich für die Verbindung zwischen verschiedenen Rechenzentren. Die Impulse werden optisch verstärkt und ermöglichen Reichweiten von 80 Kilometern und mehr.
Für die zügige Entwicklung von SPEED wurde ein Konsortium aus mehreren Partnern gebildet. Sie greifen bei der Entwicklung der opto-elektronischen photonischen integrierten Schaltkreise (ePICs) auf Fertigungstechnologien der siliziumbasierten Chiptechnologie zurück. So wird eine kostengünstige und effektive Fertigung im Nanometerbereich möglich, ohne die Produktionsverfahren komplett neu entwickeln zu müssen. Dadurch gelangen Produkte aus dem Labor schneller in die industrielle Fertigung.