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IBM integriert optische Bauteile und klassische elektronische Schaltkreisen Auf dem Weg zur Produktion: Der Chip für Big Data

| Redakteur: Ulrike Ostler

Mit 2.5 Trillionen Bytes an Daten pro Tag und der Erstellung von 90 Prozent aller weltweit verfügbaren Daten allein in den letzten beiden Jahren entstehen bei der Verarbeitung der uns heute zur Verfügung stehenden Daten Engpässe: Klassische Prozessorarchitekturen stoßen immer häufiger an das physikalisch und chemisch Machbare. IBM geht neue Wege.

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Cross-sektionale Sicht auf einen IBM-Silicon-Nanophotonics-Chip, der optische Komponenten und elektrische Schaltkreise vereint.
Cross-sektionale Sicht auf einen IBM-Silicon-Nanophotonics-Chip, der optische Komponenten und elektrische Schaltkreise vereint.
(Bild: IBM Research)

Ein alternativer Ansatz bei Prozessoren ist die Verschmelzung von klassischen Chip-Technologien mit denen der Lichtleitertechnologie, bei der Licht anstelle von elektrischen Signalen Informationen transportieren. Es entstehen so genannte „Silicon Nanophotonics“.

Die erste Herausforderung ist die Integration selbst, die zweite aber der Produktionsprozess. Nun verbindet IBM erstmalig verschiedene optische Bauteile mit klassischen, elektronischen Schaltkreisen in einem 90-Nanometer-Produktionsprozess.

John E. Kelly, Senior Vice President und Director von IBM Research, sagt dazu: “Der technische Durchbruch, den wir jetzt erzielt haben, ist das Ergebnis einer ganzen Forschungsdekade. Jetzt können wir die Silicon-Nanophotonics-Technologie auch in einen echten Produktionsprozess überführen.“

Die schnelle Kommunikation für riesige Mengen

Silicon Nanophotonics könnten quasi Rennstrecken für großen Datenvolumina bauen, um diese zwischen Computer-Chips in Servern, großen Rechenzentren und Supercomputern hin- und her zu transportieren. Gleichzeitig hielten sie die Kosten für den Traffic in den Unternehmensnetzen im Zaum. Denn dieser steigt mit der Explosion neuer und neuartiger Anwendungen und Services enorm an.

Silicon-Nanophotonics-Technologie helfe, dass die Entwicklung der Kommunikationswege mit der Chipentwicklung auf Servern Schritt halten könne. Insbesondere die Herausforderung, die Big Data an eine nahtlose Verbindung von großen Systemen stelle, und zwar egal, ob diese nur einige Zentimeter oder Kilometer voneinander entfernt stünden, könne die Technologie befriedigen. Denn sie bewege in Zukunft Terabytes an Daten per Lichtimpulsen über Fiberglas.

Schneller, effizienter und wirtschaftlicher als Halbleiter

Detailansicht des IBM-Silicon-Nanophotonics-Chip
Detailansicht des IBM-Silicon-Nanophotonics-Chip
(Bild: IBM Research)
Der Meilenstein „Proof of Concept“ lag im Jahr 2012. Nun hat IBM einige Prozess-Module in eine 90-Nanometer-CMOS-Fabrikationslinie sowie einige verschiedene Silicon Nanaphototonic-Komponenten integriert, so dass zum Beispiel Wavelength Division Multiplexer (WDM), Modulatoren und Detectoren, neben einem CMOS-Schaltkreis funktionieren. Somit können künftig optische Transceiver für die Kommunikation in einer herkömmlichen Halbleiter-Fabrik hergestellt werden – und zwar zu günstigen Preisen, sagt IBM.

Die CMOS Nanophotonics-Transceiver übertreffen 25 Gigabit pro Sekunde und Kanal. Außerdem ermöglicht die Technik, parallel mehrere optische Datenströme in einem Glasfaserkabel zu füttern, indem sie WDM-Technologie nutzt. Da führt letztlich dazu, dass in Sekunden Terabytes an Daten, auch über große Strecken, übermittelbar sind.

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