Die Datenübertragung noch schneller machen

Coherent ist seit Jahrzehnten ein Vorreiter im Bereich der Datenkommunikationslösungen. Aus unserer Sicht ist KI nichts Neues, da sie dieselben optischen Verbindungslösungen nutzt wie herkömmliche Netzwerke. Dass KI in den letzten Jahren so viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, liegt daran, dass Hyperscale-Rechenzentren groß angelegte Netzwerke für maschinelles Lernen betreiben und dass aufgrund der zunehmenden Verbreitung von KI-gestützten Verbraucheranwendungen ein weiterer Ausbau der Cloud zu erwarten ist. 

Tatsächlich vertreiben wir bereits seit den Anfängen der Einführung von KI/ML in der Cloud entsprechende Transceiver (und Komponenten). Wenn man bedenkt, dass die Spezifikationen der optischen Kommunikation für KI/ML eng mit denen von Ethernet verwandt sind, reicht unsere Erfahrung in diesem Bereich sogar noch weiter zurück – nämlich mehr als 35 Jahre.

Allerdings sind nun neue Herausforderungen entstanden: Um das Wachstum der Cloud zu unterstützen, sind höhere Geschwindigkeiten, größere Übertragungskapazitäten und geringere Latenzzeiten bei der Kommunikation innerhalb von Rechenzentren erforderlich geworden. Alle Abfragen zwischen den Maschinen müssen schnell und nahtlos miteinander verbunden sein.Das bedeutet, dass durch das rasante Wachstum von KI/ML auch die Entwicklung von KI/ML-spezifischen Servern innerhalb der Infrastruktur von Hyperscale-Rechenzentren beschleunigt wird. Diese Server werden über optische Transceiver mit dem gesamten Netzwerk verbunden.

Durch vertikale Integration können wir Lösungen zur Beschleunigung zügig bereitstellen

Derzeit liegt die Spitzenklasse bei steckbaren Transceivern bei 800 G, doch schon bald werden auch steckbare Transceiver mit 1,6 T auf den Markt kommen. In jeder Epoche ist die Kostensenkung in Rechenzentren ein wichtiges Thema. Bei den Leistungsdemonstrationen unserer Transceiver, die wir 2023 auf der OFC und der ECOC durchgeführt haben, konnten Sie Anwendungsbeispiele für vertikale Integration sehen, die auf diese Ziele in Bezug auf Geschwindigkeit und Kosten abzielen. 

Die erste Generation der 800G-Technologie basiert auf Transceivern mit einer Konfiguration von 8x100G-Lichtkanälen. Bei unserer vielbeachteten Produktdemonstration haben wir 200G-Lichtkanäle vorgestellt.Dabei geht es darum, diese Laser in 800G-Transceiver im OSFP-Formfaktor zu integrieren. Konkret haben wir die 8x100G-PAM4-elektrische Schnittstelle in vier CWDM-Wellenlängen umgewandelt und jede davon mit 200G-PAM4 betrieben.Dieses Format der zweiten Generation ist energieeffizienter und kostengünstiger als der bisherige Ansatz mit 8x100G-Lichtkanälen. Beide Aspekte sind wichtige Anforderungen für die Interkonnektivität. Wir haben diese Geräte auch in einem weiteren Format vorgeführt undgezeigt, dass 200G PAM4 die kommenden 1,6T-Transceiver mit einer maximalen Reichweite von 10 km unterstützen kann.

Die Steigerung der Geschwindigkeit auf 200G war mit großen technischen Herausforderungen verbunden, darunter die Vermeidung übermäßigen Stromverbrauchs, die Aufrechterhaltung eines geringen Rauschpegels und die Beseitigung von Übersprechen.Dank unserer vertikalen Integrationgelang es uns jedoch, relativ schnell die 200G-Marke zu erreichen.Wir entwickeln und fertigen alle aktiven und passiven Technologien intern. DazugehörenLaser,optische Systeme und Lösungen für das Wärmemanagement. Wie bereits bei den 800G-Produkten der ersten Generation verfolgen wir auch bei der Entwicklung dieser neuen Transceiver einen technologieunabhängigen Ansatz. Dadurch können wir durch einfache Konfiguration spezifische Format-Anforderungen unterstützen und so Zeit und Kosten sparen.

Hochgeschwindigkeitslösungen zur Steigerung der Datenübertragungsrate

Bei der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung mit Datenübertragungsraten von 100 Gbit/s oder mehr kommen hauptsächlich die folgenden zwei Lasertypen zum Einsatz. 

• Vertikalresonator-Oberflächenemittierender Laser (VCSEL) (für kurze Entfernungen)
• Distributed-Feedback-Laser (DFB): Integriert zusammen mit einem Modulator in einen photonischen integrierten Schaltkreis (PIC) (für große Entfernungen) 

Laser mit integriertem elektrisch absorbierendem Modulator (EML) finden breite Anwendung in herkömmlichen Transceivern. Laser mit integriertem Mach-Zehnder-Modulator (DFB-MZ) hingegen bieten Vorteile in Anwendungen, bei denen Linearität und Chirp-Steuerung erforderlich sind, beispielsweise bei Verbindungslängen von mehr als 2 km oder bei linearen steckbaren Optiken (LPO).

Coherent produziert 100G-EMLs in Großserie, die in den Transceivern der aktuellen Generation mit 400G (4x100G) und 800G (8x100G) zum Einsatz kommen.Darüber hinaus bietet das Unternehmen für neue 800G- (4x200G) und 1,6T- (8x200G) Anwendungen sowohl 200G-EMLs als auch DFB-MZ-Technologie an. Dies ermöglicht ein für die jeweilige Anwendung optimales Moduldesign, sowohl hinsichtlich der Leistung als auch der Kosten. 

In beiden PIC-Familien fließen unser umfangreiches Wissen und unsere langjährige Erfahrung aus der Herstellung komplexer PICs (IQ-Modulatoren und wellenlängenvariable Laser) ein.Bei 200G/Lane-Anwendungen, insbesondere bei Transceivern mit einer hohen Dichte an Sende- und Empfangskanälen, ist die Signalqualität von entscheidender Bedeutung. Alle unsere Datenkommunikations-Chipfamilien sind mit integrierten RF-Abschlussschaltungen ausgestattet, die eine hervorragende Signalqualität und minimales Übersprechen gewährleisten. Diese Schaltungen vereinfachen zudem das Moduldesign, senken die Kosten und bieten eine hervorragende Signalleistung.

Immer einen Schritt voraus – Die Vorteile von LPO

Wie bereits erwähnt, sind AI/ML-Server für ihre Verbindung zur Außenwelt auf optische Verbindungen angewiesen. Diese optischen Verbindungen müssen nicht nur schnell und modular sein, sondern auch kostengünstig und stromsparend. Daher rückt ein relativ neues Format als Alternative zu herkömmlichen Transceivern in den Fokus. LPO erzielt durch den Verzicht auf einen DSP im Transceiver niedrige Kosten, geringen Stromverbrauch und geringe Latenz. Der DSP wird zwar zusammen mit dem Switch-ASIC in einem Gehäuse untergebracht,dies ist eine Konfiguration, die einfache elektrische Verdrahtung zur Frontplatte nutzt und sich somit von alternativen optischen Systemen mit integrierter Verpackung unterscheidet, bei denen ASIC, DSP und optische Engine vollständig im Switch zusammengefasst sind.

Inwieweit LPO für KI-/ML-Anwendungen eingesetzt wird, ist noch unklar. LPO befindet sich zwar noch in einem frühen Stadium, doch es kommen bereits Switches auf den Markt, die über erweiterte DSP-Funktionen verfügen und damit die aus den Transceivern entfernten DSPs ersetzen. 

Als führender Innovator im Bereich Transceiverarbeitet unser Forschungs- und Entwicklungsteam an der Entwicklung vielversprechender Lösungen, um der künftigen Marktnachfrage nach LPO-Plugables gerecht zu werden.Darüber hinaus können wir als vertikal integrierter Anbieter die LPO-Wertschöpfungskette auf allen Ebenen unterstützen, indem wir unsere bestehenden Technologien und Produkte nutzen. Ein Beispiel hierfür sindvertikal resonante oberflächenemittierende Laser(VCSEL), von denen wir bereitsmehrere hundert Milliarden Stückausgeliefert haben. Zu unseren weiteren Hauptprodukten zählenLaserdioden-Treiberschaltungen und Transimpedanzverstärker(TIA).Darüber hinaus bieten wirLaserdioden und Laserdiodenarraysan, die die gesamte optische Kommunikation unterstützen undzudem LIDAR,AR/VR sowie Fahrzeugsensorenermöglichen.

Coherent: Die KI von gestern, heute und morgen stärken

Die Datenkommunikation war von Anfang an dazu bestimmt, stets nach noch höheren Geschwindigkeiten zu streben. In den letzten Jahren ist der Bedarf an der Entwicklung schneller Datenkommunikationslösungen aufgrund der rasant steigenden Nachfrage nach KI und maschinellem Lernen weiter gewachsen. Angesichts der zunehmenden Verbreitung von KI wird unser Unternehmen mit seiner einzigartigen Kombination aus den Vorteilen vertikaler Integration und umfassendem technischem Fachwissen auch in Zukunft auf allen Ebenen der Datenkommunikations-Wertschöpfungskette wirksame und unverzichtbare Lösungen bereitstellen.

Lesen Sie unbedingt das Interview mit Dr. Julie Sheridan Eng, CTO von Coherent, überdie Rolle von Coherent im Bereich der KI.

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