Fiber zum Aufrollen, Co-Packaged Optics und Frames KI-Rechenzentren brauchen Glasfaser

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Das Berechnen Künstlicher Intelligenz (KI) bringt Rechenzentren an ihre physikalischen und infrastrukturellen Grenzen. Gleichzeitig aber müssen die Betreiber strengere Auflagen, etwa in puncto Nachhaltigkeit und Compliance befolgen. Glasfaser bietet eine leistungsstarke, skalierbare und damit zukunftssichere Technik, um selbst ultraschneller Datenübertragung gerecht zu werden.

Der Betrieb leistungsstarker KI-Modelle erfordert den Einsatz zahlreicher, miteinander vernetzter Grafikprozessoren (GPUs), die über mehrere Server und Racks verteilt sind. In spezialisierten KI-Rechenzentren kommen viele dieser GPU-Cluster parallel zum Einsatz, um den enormen Rechenleistungsbedarf zu decken. Die dafür notwendige Verkabelungsinfrastruktur stellt eine große und für die meisten neue Herausforderung dar, da sie konstanten Datenfluss zwischen den Komponenten gewährleisten muss.

Idealerweise befinden sich alle GPU-Server innerhalb eines Clusters in räumlicher Nähe, da KI- und Machine-Learning-Algorithmen äußerst empfindlich auf Latenz reagieren. Bevorzugt wird also ein Radius von 100 Metern.

So genannte „Rollable-Ribbon“-Glasfaserkabel, Kabel mit aufrollbaren Glasfaserbändchen, helfen dabei, auch größere Entfernungen effizient zu überbrücken. Dank ihres speziellen Designs und dem daraus resultierenden wesentlich kleineren Außendurchmesser lassen sich in einem 4-Zoll-Rohr bis zu sechs 3.456-faserige Kabel unterbringen. Das entspricht mehr als dem Doppelten herkömmlicher Glasfaserbündel.

Die Fasern im aufrollbaren Band sind nur stellenweise miteinander verwebt, was dem gesamten Kabel eine erhöhte Flexibilität verleiht. Diese lose Verbindung erlaubt es den einzelnen Fasern, sich unabhängig voneinander zu biegen. Die zylindrische Form nutzt zudem den verfügbaren Raum deutlich effizienter als flache Bandkabel und ermöglicht so eine kompaktere und leistungsfähigere Verkabelungslösung für moderne KI-Infrastrukturen.

Traditionell befinden sich optische Module (Transceiver) außerhalb des Switch-Chips, meist an der Frontplatte. Das bedeutet, dass elektrische Signale auf der Platine innerhalb des Switches geleitet werden müssen, was Energie kostet und die Signalqualität beeinträchtigen kann.

Die Verkürzung von Signalwegen

Co-Packaged Optics bieten einen vielversprechenden Ansatz zur Steigerung der Signalqualität und Reduzierung des Energiebedarfs, indem die optischen Komponenten eines Switches von der Frontplatte direkt neben den ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) innerhalb des Switches verlagert werden. Durch diese räumliche Nähe zwischen ASIC und Optik werden weniger digitale Signalprozessoren (DSPs) und Retimer benötigt, um die Signalqualität aufrechtzuerhalten, was den Stromverbrauch reduziert. Zudem bieten Co-Packaged Optics Skalierbarkeit auf zukünftige Übertragungsgeschwindigkeiten und eine höhere Port-Dichte.

Das Potenzial von Co-Packaged Optics und optischen Wellenleitersubstraten

Der Sprung zur Fiber-to-the-Chip-Technologie

Ein herkömmlicher Switch mit 115,2 Terabit pro Sekunde (Tb/s) hätte 72 OSFP-Ports, wobei jedes steckbare OSFP-Transceiver-Modul eine Übertragungsrate von 2×800 Gb/s bietet. Die optische Schnittstelle würde höchstwahrscheinlich zwei MPO8-Steckverbinder nutzen, wobei auch ein einzelner MPO16-Anschluss möglich wäre.

Bei Verwendung von MPO8-Anschlüssen hätte jeder Switch 144 Steckverbindungen. Diese Transceiver könnten – je nach Kundenanwendung – Singlemode- oder Multimode-Fasern unterstützen. Ein entsprechender Switch mit Co-Packaged Optics hätte 144 MPO8-Anschlüsse an der Frontplatte, die direkt mit den optischen Engines im Inneren des Switches verbunden sind.

Optische Verteilerrahmen

Die rasante Entwicklung von Rechenzentren erfordert skalierbare Glasfasertechnik, die innerhalb der Grenzen des verfügbaren Raums, der Zeit und des Budgets funktionieren und Tausende von Glasfasern beherbergen. Fiber Frames wie die „Propel X Frame“-Systeme von Commscope sind hinsichtlich des Platzbedarfs optimiert und bieten unterschiedliche Konfigurationsmöglichkeiten, mit denen Betreiber den verfügbaren Raum im Rechenzentrum ausnutzen können.

Der standardmäßige 19-Zoll-Rahmen misst nur 300 Millimeter in der Tiefe. Dank des Frontzugangs für Trunk- und Patch-Kabel kann die modulare Konfiguration an einer Wand, Rücken an Rücken oder als freistehender Rahmen eingesetzt werden. So lassen sich standardisierte Komponenten und Panels bestmöglich nutzen. Der 19-Zoll-Rahmen unterstützt mehrere gängige Steckverbinder-Typen einschließlich Duplex LC/SN und MP08 bis MP016.

Ein derartiges System erfordert keine detaillierten Kenntnisse und Erfahrungen für die Installation und Bedienung. Sie bietet Frontzugang zu allen Panels, verwendet Patch-Kabel mit einer Länge und unterstützt vorkonfektionierte Breakout-Baugruppen und Spleiße. Das horizontale und vertikale Kabel-Management sorgt dafür, dass die Verkabelung geordnet bleibt. Änderungen und Neukonfiguration lassen sich schnell ausführen.

Fiber Frames ermöglichen Konfigurationen, die 3U-, 4U- und 5U-Panel-Optionen bieten, die bis zu 1.920 LC-Duplex-, 3.072 SN-Duplex- oder 1.920 MPO-Stecker aufnehmen können. Dabei sollten standardisierte Steckverbinder, einschließlich MPO 8-16, MPO-Patch-Kabel und MPO-Adapterpakete, eingesetzt werden können.

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