Die steigende Nachfrage nach zentraler Speicherung und Verarbeitung von Daten rückt das Datencenter in den Fokus der Strategien von großen Inhalts- und Dienstanbietern, wie Google, Amazon, Microsoft u.a. Derzeit werden auf der ganzen Welt Mega-Datencenter in der Größe von Lagerhallen neu errichtet und entwickeln sich immer mehr zu Knotenpunkten der globalen IKT-Infrastruktur. In Mega-Datencentern gewinnt die optische Datenübertragung eine immer entscheidendere Bedeutung, da sie es ermöglicht, Netzwerke mit größerer Reichweite, höheren Datenraten, geringerer Latenz und verbesserter Energieeffizienz zu realisieren. Speziell für den Datencenterbereich entwickelte optische Transceiver werden zukünftig in hohen Stückzahlen eingesetzt werden, erfordern aber gleichzeitig eine hohe Kosteneffizienz sowie eine geringe Leistungsaufnahme und geringen Platzbedarf.
Hier treten die Vorteile der Silizium-Photonik-Technologie zutage, mit der optische und elektronische Funktionen in einem Massenprozess kompakt, energieeffizient und kostengünstig monolithisch integriert werden können. Die Silizium-Photonik ist in den letzten Jahren aus dem Forschungsstadium herausgetreten und dabei, sich im Markt zu etablieren. Diesen Trend greift das BMBF-Projekt SPEED (Silicon Photonics Enabling Exascale Data Networks) auf, um eine deutsche Plattform für anwendungsspezifische, elektronisch-photonische Silizium-ICs voranzutreiben und auf dieser Basis innovative Transceiver-Technik für Datencenter-Anwendungen zu entwickeln.
Elektronisch-Photonische ICs für Datenübertragung mit 400 Gb/s
Im Rahmen von SPEED arbeitet die Fachgruppe Schaltungstechnik des Heinz Nixdorf Instituts in einem Konsortium von 11 industriellen und akademischen Partnern an opto-elektronischen Transceivern für 400 Gb/s Datenübertragung. Dabei werden zwei verschiedene Transceiver-Typen als Silizium-ICs realisiert, die sowohl Intra- als auch Inter-Datencenteranwendungen adressieren. Beim ersten Transceiver handelt es sich um einen 4-Wellenlängen-Transceiver mit Direktdetektion, konzipiert für passive Intra-Datencenterlinks bis zu einer Reichweite von 2 km. Der Transceiver wird im Wellenlängenmultiplex (CWDM) betrieben. Auf 4 Wellenlängen werden jeweils 100 Gb/s mittels 4-stufiger Pulsamplitudenmodulation übertragen. Beim zweiten Transceiver handelt es sich um einen wellenlängenabstimmbaren Transceiver mit kohärenter Detektion, konzipiert für optisch verstärkte Tb/s-Inter-Datencenterlinks bis zu einer Reichweite von 80km. Der Transceiver wird auch im Wellenlängenmultiplex (DWDM) betrieben, wobei bis zu 96 Kanäle in einer Glasfaser übertragen werden sollen, um Faserkapazitäten von mehr als 25 Tb/s erreichen zu können.
