Realisierung einer deutlich schnelleren Datenübertragung

Coherent ist seit Jahrzehnten ein führender Anbieter von Datenkommunikationslösungen. Aus unserer Sicht ist KI kein neues Konzept, da die von uns eingesetzten optischen Verbindungslösungen denselben Prinzipien folgen wie die in Mainstream-Netzwerken verwendeten. Es ist lediglich so, dass KI derzeit mehr Aufmerksamkeit erhält, da derzeit in Hyperscale-Rechenzentren groß angelegte Machine-Learning-Netzwerke aufgebaut werden und davon ausgegangen wird, dass die zunehmende Verbreitung von KI-basierten Verbraucher-Apps die Cloud-Expansion weiter vorantreiben wird. 

Tatsächlich vertreiben wir diese Transceiver (und Komponenten) für KI/ML bereits seit ihrer ersten Einführung in der Cloud. Da die Spezifikationen für die optische Kommunikation im Bereich KI/ML eng mit den Ethernet-Spezifikationen verbunden sind und aus diesen hervorgegangen sind, reicht unsere einschlägige Erfahrung weit darüber hinaus und erstreckt sich tatsächlich über mehr als 35 Jahre.

Neu ist jedoch, dass zur Unterstützung des Cloud-Wachstums eine höhere Geschwindigkeit, größere Kapazität und geringere Latenzzeiten bei der Kommunikation innerhalb von Rechenzentren erforderlich sind. Alle diese maschinenübergreifenden Abfragen müssen schnell und reibungslos miteinander verbunden sein. Insbesondere das rasante Wachstum von KI/ML bedeutet, dass dedizierte KI/ML-Server in der Hyperscale-Rechenzentrumsinfrastruktur rasch ausgebaut werden müssen. Diese Server werden über optische Transceiver mit dem restlichen Netzwerk verbunden.

Dank unserer vertikalen Integration können wir schnellere Lösungen noch zügiger bereitstellen

800G ist zwar derzeit der Stand der Technik bei steckbaren Transceivern, doch schon bald wird ein 1,6-T-Modell auf den Markt kommen. In Rechenzentren steht die Kostenminimierung stets an erster Stelle. Wie wir diese Geschwindigkeits- und Kostenziele durch vertikale Integration erreichen, können Sie an den Transceiver-Leistungsdemonstrationen sehen, die wir auf der OFC und der ECOC 2023 durchgeführt haben.  

Die erste Generation der 800G-Technologie nutzt Transceiver mit 8x100G-Lichtwellenkanälen. Bei einer gut besuchten Produktvorführung haben wir einen 200G-Lichtwellenkanal präsentiert. Insbesondere haben wir diesen Laser in einen 800G-Transceiver im OSFP-Formfaktor integriert. Die 8x100G-PAM4-elektrische Schnittstelle wurde in vier CWDM-Wellenlängen umgewandelt, die jeweils mit 200G PAM4 arbeiten. Dieses Format der zweiten Generation ist im Vergleich zum früheren 8x100G-Optikkanal-Ansatz energieeffizienter und kostengünstiger. Beides sind wichtige Anforderungen an die Vernetzung. Darüber hinaus haben wir diese Geräte auch in einer Konfiguration vorgeführt, die zeigt, wie 200G-PAM4 zukünftige 1,6T-Transceiver mit einer Reichweite von bis zu 10 km unterstützen kann .

Diese Geschwindigkeitssteigerung auf 200G brachte wichtige technische Herausforderungen mit sich, darunter die Vermeidung übermäßigen Stromverbrauchs, die Aufrechterhaltung eines geräuscharmen Betriebs und die Beseitigung von Streulicht. Dank unserer vertikalen Integration konnten wir jedoch relativ schnell die 200G-Marke erreichen. Wir entwickeln und fertigen alle aktiven und passiven Technologien – darunter Laser, optische Komponenten und Wärmemanagementlösungen – selbst.  Wie bereits bei den 800G-Produkten der ersten Generation verfolgen wir bei der Entwicklung neuer Transceiver einen technologieneutralen Ansatz. Dadurch lassen sich diese Transceiver leicht für bestimmte Format-Anforderungen konfigurieren, was Zeit und Kosten spart.  

Schnellere Lösungen zur Steigerung der Datenübertragungsgeschwindigkeit

Für Anwendungen im Bereich der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, bei denen Datenraten von über 100 Gbit/s erforderlich sind, kommen zwei Haupttypen von Lasern zum Einsatz. 

• Vertikaler Oberflächenemissionslaser (VCSEL) für kurze Entfernungen 
• Ein für große Entfernungen ausgelegter DFB-Laser (Dispersed-Feedback-Laser) mit integriertem Modulator in einem photonischen integrierten Schaltkreis (PIC). 

Laser mit integriertem EML (elektrisch absorbiertem Modulator) finden breite Anwendung in Strom-Transceivern. Laser mit integriertem Mach-Zehnder-Modulator (DFB-MZ) bieten hingegen Vorteile, wenn Linearität und Chirp-Steuerung erforderlich sind (z. B. bei Verbindungslängen von mehr als 2 km und bei Anwendungen mit linearer optischer Modulation (LPO)).

Coherent produziert derzeit 100G-EML-Chips in Serie, die in den Transceivern der aktuellen Generation mit 400G (4x100G) und 800G (8x100G) zum Einsatz kommen. Für die neuen 800G- (4x200G) und 1,6T- (8x200G) Anwendungen stehen sowohl 200G-EML- als auch DFB-MZ-Technologien zur Verfügung. Dies ermöglicht ein optimales Moduldesign für jede Anwendung hinsichtlich Leistung und Kosten. 

Beide PIC-Produktfamilien vereinen umfassendes Wissen und langjährige Erfahrung aus der Herstellung komplexer PICs (IQ-Modulatoren und abstimmbare Laser). Darüber hinaus ist die Signalintegrität bei 200G/Lane von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Transceivern, in denen zahlreiche Sende- und Empfangskanäle dicht beieinander liegen. Alle unsere Datenkommunikations-Chip-Produktfamilien enthalten integrierte RF-Abschlussschaltungen, die eine hervorragende Signalintegrität und minimale Streuleitung gewährleisten. Diese Schaltungen vereinfachen das Moduldesign, senken die Kosten und bieten eine hervorragende Signalleistung.

Immer unternehmerisch denken – Chancen für LPO

Wie bereits erwähnt, nutzen KI-/ML-Server Glasfaserverbindungen für die Anbindung an externe Netzwerke. Diese Glasfaserverbindungen müssen nicht nur schnell und modular sein, sondern auch kostengünstig und stromsparend bleiben. Im Vergleich zu herkömmlichen Transceiver-Formaten finden neue Alternativen zunehmend Beachtung. LPO bietet niedrige Kosten, geringen Stromverbrauch und kurze Latenzzeiten, indem der DSP aus dem Transceiver entfernt wird. Der DSP wird zusammen mit einem Switch-ASIC verpackt, bei dem es sich um eine Anordnung handelt, die einfache elektrische Verbindungen zur Frontplatte nutzt – im Gegensatz zu alternativen gemeinsam verpackten optischen Geräten, bei denen ASIC, DSP und optische Engine vollständig im Switch integriert sind.

Es ist noch unklar, inwieweit sich LPO für den Einsatz in Verbindung mit KI/ML durchsetzen wird. LPO befindet sich zwar noch in einem frühen Stadium, doch es kommen bereits Switches auf den Markt, die über verbesserte DSP-Funktionen verfügen und damit die in Transceivern weggefallenen DSP-Funktionen ersetzen können. 

Als zentraler Bestandteil von Transceivernentwickelt unser Forschungs- und Entwicklungsteam potenzielle Lösungen, um den zukünftigen Marktbedarf an LPO-Plug-ins zu decken. Als vertikal integrierter Anbieter sind wir bereit, die gesamte LPO-Wertschöpfungskette auf allen Ebenen mit unseren bestehenden Technologien und Produkten zu unterstützen. Dazu gehören auch unsere vertikalen Oberflächenemitterlaser(VCSEL). In den letzten Jahren haben wir bereits mehrere hundert Millionen Emitterverkauft. Weitere Kernprodukte sind unsere Laserdioden-Treiberschaltungen und Transimpedanzverstärker(TIA). Weitere Beispiele sind Laserdioden und Laserdioden-Arrays, die neben der gesamten optischen Kommunikation auch Laser-Radar, AR/VR und die Erkennung in Kabelnunterstützen.

Coherent: Die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der KI-Implementierung

Von Anfang an war das Streben nach immer höheren Geschwindigkeiten ein charakteristisches Merkmal der Datenkommunikation. Doch mit der steigenden Nachfrage nach KI und maschinellem Lernen hat sich die Notwendigkeit, noch schnellere Datenkommunikationslösungen zu entwickeln, weiter verstärkt. Angesichts der zunehmenden Verbreitung von KI wird die Kombination aus unserer vertikalen Integration und unserem umfassenden technischen Know-how auch weiterhin eine unverzichtbare Lösung auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette der Datenkommunikation darstellen.

Lesen Sie den Beitrag von Dr. Julie Sheridan Eng, Coherent , über die Rolle von Coherent im Bereich der künstlichen Intelligenz.

Weiterführende Ressourcen