Multifaser-Plugs und Fibre KI wandelt selbst die Glas­fa­ser­stecker für Datacenter

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Künstliche Intelligenz (KI) verändert die Rechenzentren, bis hin zur Verkabelung. Neue Glasfaserstecker werden kleiner, dichter und leistungsfähiger und sind entscheidend für die Zukunft der optischen Datenübertragung.

Die zentralen Aspekte der Künstlichen Intelligenz sind zum einen die Nutzung, zum anderen geht es um die Infrastruktur. Um die große Nachfrage nach KI bewältigen zu können, wird eine Vielzahl neuer Rechenzentren benötigt. Im Jahr 2024 existierten weltweit 567 Hyperscale-Rechenzentren. Bis 2030 wird mit einem Wachstum auf 738 Hyperscaler gerechnet – Tendenz steigend. Rund zwanzig Prozent der Rechenzentren weltweit werden für KI-Anwendungen genutzt. Auch diese Zahl wird voraussichtlich weiter steigen.

Auch in diesen Rechenzentren müssen die Server miteinander verbunden werden, auch über Kabel. Aufgrund der benötigten Geschwindigkeit werden dazu neben kupferbasierten Steckverbindungen auch optische Glasfaserstecker verwendet. Je schneller und je länger die zu überbrückende Distanz ist, desto besser eignen sich Glasfaserverbindungen. Die Abbildung oben zeigt den Zusammenhang zwischen der Verwendung von elektrischer und optischer Datenübertragung.

Kleinere Stecker mit mehr Glasfasern pro Stecker erhöhen die Packungsdichte und Effizienz der Rechenzentren. Damit wird deutlich, dass die KI einen direkten Einfluss auf die Größe der Glasfaserstecker und die Anzahl der Glasfasern pro Stecker hat.

Das Wachstum von Künstlicher Intelligenz

Das Konzept der Künstlichen Intelligenz entstand bereits Mitte der 1950er Jahre, als die ersten Computer entwickelt wurden. Aber erst in den letzten Jahren ist KI so weit fortgeschritten, dass sie für den Verbraucher nutzbar geworden ist.

Unzureichende Rechnergeschwindigkeiten und ein mangelndes Verständnis dafür, wie intelligente Algorithmen geschrieben werden müssen, stellten anfangs die Grenzen des KI-Wachstums dar. Gegen Ende des Jahrhunderts waren Computer dann jedoch schnell genug, um komplexe Formeln und Daten nahezu in Echtzeit zu analysieren, wie bei der Verarbeitung gesprochener Sprache oder der automatischen Bilderkennung.

Mehrfaser-Kabel mit Pushlok-Technologie

Corning beschleunigt und vergünstigt den Glasfaserausbau

In den letzten Jahren kamen die Nutzung großer Datensammlungen und die Verarbeitung dieser in immer schnelleren Rechenzentren hinzu. Dies hat die Entwicklung maschineller Lerntechniken ermöglicht. Microsoft, Amazon, Google, Facebook und andere Technologie-Unternehmen investieren mittlerweile Milliardensummen in die KI-Entwicklung.

Forschung und Regierungen zeigen ebenfalls starkes Interesse an der aufstrebenden KI. So hat sich die Anzahl an Forschungsprojekte von 2000 bis 2019 fast verfünffacht. KI wächst exponentiell und es gibt keine Anzeichen dafür, dass sich dieser Trend verlangsamen wird. Sie ist aus der heutigen Welt nicht mehr wegzudenken.

Die Rolle von optischen Glasfaserverbindungen für KI

Optische Glasfaserverbindungen spielen eine entscheidende Rolle für die KI-Infrastruktur in Rechenzentren. Für die Datenverarbeitung müssen extrem große Datenmengen möglichst in Echtzeit verarbeitet werden. Um diese Anforderung zu erfüllen, werden Lichtwellenleiter und die damit verbundenen Glasfaserstecker eingesetzt.

Die Glasfaserverbindungen ermöglichen die Kommunikation der Server untereinander innerhalb eines Rechenzentrums. Ein effizientes Kabel- und Stecker-Management in großen Rechenzentren erfordert Stecker mit möglichst vielen Fasern und möglichst kleinen Abmessungen sowie kleinere Kabel mit möglichst vielen Fasern.

Das größte Rechenzentrum der Welt befindet sich in Hohhot, China und trägt den Namen “China Telecom-Inner Mongolia Information Park“. Es soll eine Fläche von fast 1 Quadratkilometer haben und wurde im Jahr 2016 eröffnet.

Der Energieverbrauch beträgt bis zu 150 Megawatt, was in etwa einer Stadt mit 150.000 Einwohnern entspricht. Das Rechenzentrum wird zu 100 Prozent mit erneuerbarer Energie versorgt. Doch auch weniger große einzelne Rechenzentren können Tausende Server umfassen, die entsprechend viele Steckverbindungen benötigen.

Wachsender Bedarf an optischen Glasfaserverbindungen in Rechenzentren

Es gibt verschiedene Faktoren, die den steigenden Bedarf an Glasfasern begünstigen. Internet-Knoten-Betreiber wie DE-CIX meldeten im Jahr 2024 einen neuen Höchststand von 68 Zettabyte an globalem Datenverkehr über ihre Knotenpunkte – ein Anstieg von 15 Prozent gegenüber 2023. Laut der International Data Corporation (IDC) wird die globale Datenmenge bis 2025 auf 175 Zettabyte ansteigen.

Das exponentielle Wachstum der globalen Datenmenge wird unter anderem durch die zunehmende Bedeutung des mobilen Internet angetrieben, das Anfang 2025 mehr als 60 Prozent des weltweiten Web-Verkehrs ausmachte (Statista), sowie durch die rasante Ausbreitung von IoT-Geräten.

Bis Ende 2024 waren weltweit schätzungsweise 18,8 Milliarden Geräte vernetzt. Alle Zahlen deuten auf eine explosionsartige Zunahme des Daten- und Internetverkehrs hin. Die höhere Bandbreite, die Glasfaser bietet, ist ein weiterer Treiber für die steigende Nachfrage nach entsprechenden Verbindungen.

Drei Wissenschaftler veränderten die Welt

Corning feiert 50 Jahre Glasfaser

Um den wachsenden Bedarf an die Echtzeitverarbeitung in Rechenzentren gerecht zu werden, geht der Trend hin zur optischen Datenübertragung. In modernen Rechenzentren werden deutlich mehr Glasfasern verwendet als in älteren Zentren.

Glasfaserverbindungen zeigen einen Trend zur Miniaturisierung. So gibt es Glasfaserstecker mit Mehrfaserferrulen, um mehrere Glasfasern gleichzeitig zu verbinden. Ebenso gibt es Glasfasern mit kleineren Durchmessern. Außerdem gibt es bei Glasfasern keine Engpässe bei der Datenübertragung.

Das Potenzial von Co-Packaged Optics und optischen Wellenleitersubstraten

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

Der Trend hin zu geringerer Packungsdichte und Mehrfasersteckern

Die Verdichtung in Rechenzentren und der wachsende Bedarf an schnelleren Verbindungen zählen zu den Haupttreibern für die Entwicklung neuer Produkte in diesem Bereich. Ein Trend ist hier die Verwendung von kleineren Ferrulen (Connection Points), die so nah wie möglich an den GPUs installiert werden, sowie der Einbau von mehreren Fasern in Ferrulen.

Eine Ferrule ist der Verbindungspunkt für eine lösbare optische Verbindung. Die Fasern, die in der Regel einen Schutzmantel (Coating) um das Glas haben, werden in Ferrulen eingeklebt. Diese Ferrulen können ohne bedeutende Leistungsänderung gegeneinander gesteckt werden. Die Endfläche der Faser ragt leicht (im Submikrometerbereich) aus der Ferrule heraus, um den physikalischen Kontakt zu gewährleisten.

Die Ausrichtung muss sehr genau erfolgen. Eine Singlemode-Glasfaser transportiert das Licht in einem 9-Mikrometer (μm) dicken Kern, der von einem 125-μm dicken Schutzmantel umgeben ist. Da sich die Kerne berühren müssen, ergeben sich hohe Anforderungen an die exakte Ausrichtung. Die Ferrule ist für die Feinausrichtung verantwortlich, eine Grobausrichtung wird durch das umliegende Gehäuse ermöglicht. Einzelfaserferrulen bestehen typischerweise aus Keramik, Mehrfaserferrulen typischerweise aus Polymer.

Verschnaufen ist verschoben

1,6T und mehr - die Rechenzentren im KI-Zeitalter

Eine Option für die genaue Ausrichtung mehrerer Fasern ist die MT-Ferrule. Diese Ferrule hat zwei Ausrichtungslöcher für zwei Stifte, also ein Stecker-/Buchsen-Design, und zwischen diesen beiden Ausrichtungslöchern befindet sich eine Reihe von Mikrolöchern für die Fasern. Die Größe der Löcher in dieser Ferrule ist auf 1 μm genau. Die Positionsgenauigkeit liegt im einstelligen Mikrometerbereich. Die MT-Ferrule war lange Zeit für bis zu 12 Fasern in einer Reihe erhältlich.

In jüngster Zeit wurde eine zweireihige Bauweise entwickelt. Damit hat sich die Dichte bereits verdoppelt. Weiterentwicklungen führten zu einer Verkleinerung der Ferrulen selbst. Die Größe der Ferrule (MT-Ferrule) wurde von 8 Millimeter (mm) x 7 mm x 3 mm auf 6,36 mm x 4,2 mm x 1,85 mm (TMT-Ferrule) reduziert. Diese kleinen Ferrulen verwenden auch kleinere Gehäuse. Ältere MPO-Gehäuse mit MT-Ferrule werden durch den neuen MMC-Steckverbinder ersetzt. Der MMC gehört damit zur Familie der VSFF-Steckverbinder (Very Small Form Factor).

Die Anzahl der Fasern wurde von 12 auf 32 erhöht. Das 32-Faser-Design ist ein zweireihiges Design mit 16 Fasern in jeder Reihe.

Schnellere Verkabelung von Rechenzentren

Vorab konfektioniertes Edge Distribution System von Corning

In einem Rechenzentrum können beispielsweise 6.336 Fasern an ein 1U-Panel mit einem 24f MMC-Anschluss angeschlossen werden. Mit 24f MPO können „nur“ 1.728 Fasern in einem 1U-Panel genutzt werden. Die Dichte hat sich um den Faktor 3 erhöht.

Auch andere Aspekte der optischen Verbindung werden dichter. Die Fasergröße hat sich von 250 μm (einschließlich Beschichtung (Coating)) auf 200 μm verringert, was kleinere Kabel ermöglicht. Die Reduzierung des Durchmessers um 50 μm klingt vielleicht nicht viel, bedeutet aber eine Reduzierung des Querschnitts um 20 Prozent.

Außerdem wird das Faserbündel kleiner, da es weniger Totraum zwischen den kleineren Fasern gibt. In Kabeln werden die Fasern in Stapeln von 12 Fasern sortiert, um das Sortieren und die Installation zu erleichtern. Kabel mit bis zu 3.456 Fasern stellen eine Herausforderung bei der Installation dar, aber die Sortierung in Stapeln von jeweils 12 Fasern erleichtert den Prozess. Der nächste Schritt ist die Verwendung von Untereinheiten mit jeweils 288 Fasern. Ein weiteres Merkmal des Kabels ist, dass sich die Untereinheiten leicht trennen lassen, was den Zugang und die Verlegung erleichtert.

Anwendungsbeispiel

Um ein Rechenzentrum auf KI-Anwendungen umzurüsten beziehungsweise neu zu bauen, müssen die folgenden 3 Parameter berücksichtigt werden:

• Leistungsfähigkeit,

• Effizienz und

• Skalierbarkeit.

Diese Vektoren bereiten ein Rechenzentrum optimal auf KI-Anwendungen vor. Die kleineren, kompakten Stecker reduzieren hier die Installationskosten, da weniger Multifaserstecker (MPO oder MMC) anstelle von Einzelfasersteckern (LC) benötigt werden. Die Modularität der Multifaserstecker erleichtert den Übergang von 40G Netzwerkbandbreite auf 100G Ethernet erheblich.

Während 40G- und 100G-Verbindungen heute den Standard in den meisten Rechenzentren bilden, stehen 400G und 800G für moderne Spitzentechnologie und kommen gezielt dort zum Einsatz, wo besonders hohe Bandbreiten gefragt sind – etwa bei Anwendungen im Bereich KI und Hochleistungsrechnen (High Performance Computing). Moderne Hyperscale- und Cloud-Rechenzentren nutzen zu 80 bis 90 Prozent Glasfaser.

Ein Beispiel für ein KI-Zentrum ist das „Nvidia Cambridge-1“-Supercomputer Zentrum in Großbritannien, das 2021 eröffnet wurde. Solche Rechenzentren wären ohne Multifaserstecker und Glasfaserverbindungen nicht realisierbar.

Eine Frage der Bandbreite, der Energieressourcen - des Layouts

Die Rolle der Verkabelung bei der Erschließung des KI-Potenzials

All diese Trends ermöglichen eine höhere Dichte in Rechenzentren und müssen bei der Entwicklung berücksichtigt werden. Heutzutage geht die Entwicklung Hand-in-Hand. Glasfaser, Kabel und Konnektivität werden parallel und nicht nacheinander entwickelt, um eine höhere Dichte und Geschwindigkeit bei optischen Verbindungen zu ermöglichen.

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