Noch schneller vorankommen – Datacom

Coherent seit Jahrzehnten führend im Bereich Datenkommunikationslösungen. Aus unserer Sicht ist KI nichts Neues, da die optischen Verbindungslösungen dieselben sind wie die, die in herkömmlichen Netzwerken zum Einsatz kommen. Sie hat in letzter Zeit lediglich mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da Hyperscale-Rechenzentren riesige Netzwerke für maschinelles Lernen einsetzen und die Erwartung besteht, dass der zunehmende Trend zu KI-gestützten Verbraucher-Apps eine weitere Ausweitung der Cloud vorantreiben wird. 

Tatsächlich verkaufen wir Transceiver (und Komponenten) für KI-/ML-Anwendungen bereits seit deren allererstem Einsatz in der Cloud. Wenn man bedenkt, dass die Spezifikationen für die optische Kommunikation im KI-/ML-Bereich eng mit den Ethernet-Spezifikationen verwandt sind, könnte man sagen, dass unsere einschlägige Erfahrung weit über diesen Zeitpunkt hinausreicht – tatsächlich auf über 35 Jahre.

Neu ist jedoch der Bedarf an höherer Geschwindigkeit, größerer Kapazität bei der Kommunikation innerhalb des Rechenzentrums und geringerer Latenz, um das Wachstum der Cloud zu unterstützen. All diese Machine-to-Machine-Anfragen müssen schnell und nahtlos miteinander verbunden werden. Insbesondere das rasante Wachstum im Bereich KI/ML bedeutet, dass dedizierte KI/ML-Server einen schnell wachsenden Anteil der Infrastruktur von Hyperscale-Rechenzentren ausmachen. Diese Server sind über optische Transceiver mit dem restlichen Netzwerk verbunden.

Dank unserer vertikalen Integration liefern wir Lösungen schneller – und zwar noch schneller

800G ist derzeit der aktuelle Stand der Technik bei steckbaren Transceivern, doch schon bald werden steckbare 1,6-T-Transceiver auf den Markt kommen. Und wie immer in Rechenzentren hat die Kostenminimierung oberste Priorität. Ein Beispiel dafür, wie wir unsere vertikale Integration nutzen, um diese Geschwindigkeits- und Kostenziele zu erreichen, finden Sie in den Leistungsdemonstrationen für Transceiver, die wir 2023 auf der OFC und der ECOC durchgeführt haben. 

Die erste Generation von 800G basiert auf Transceivern mit 8x100G-Optikkanälen. Bei unseren gut besuchten Produktvorführungen haben wir 200G-Optikkanäle präsentiert; konkret haben wir diese Laser in einen 800G-Transceiver im OSFP-Formfaktor integriert. Die elektrische 8x100G-PAM4-Schnittstelle wurde in vier CWDM-Wellenlängen umgewandelt, die jeweils mit 200G-PAM4 arbeiten. Dieses Format der zweiten Generation ist energieeffizienter und kostengünstiger als der bisherige Ansatz mit 8x100G-Optikkanälen; beides sind wichtige Anforderungen an diese Verbindungen. Darüber hinaus haben wir diese Geräte auch in einem Format vorgeführt, um zu demonstrieren, wie 200G PAM4 zukünftige 1,6T-Transceiver mit einer Reichweite von bis zu 10 km unterstützen kann .

Diese Geschwindigkeitssteigerung auf 200G stellte uns vor große technische Herausforderungen, z. B. die Vermeidung eines übermäßigen Stromverbrauchs sowie die Gewährleistung eines geringen Rauschpegels und der Vermeidung von Übersprechen. Dank unserer vertikalen Integration gelang es uns jedoch, relativ schnell auf 200G zu kommen . Wir entwickeln und fertigen alle aktiven und passiven Technologien im eigenen Haus: die Laser, die Optik, die Lösungen für das Wärmemanagement usw. Und genau wie bei den 800G-Produkten der ersten Generation verfolgen wir bei der Entwicklung dieser neuen Transceiver weiterhin einen technologieunabhängigen Ansatz, sodass wir diese problemlos für spezifische Format-Anforderungen konfigurieren können, was Zeit und Kosten spart.  

Schnellere Lösungen für höhere Datenraten

Für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsanwendungen mit Datenraten von 100 Gbit/s und mehr kommen vor allem zwei Arten von Lasern zum Einsatz: 

• Vertikaler Oberflächenemitter-Laser (VCSEL) für kurze Reichweiten 
• Distributed-Feedback-Laser (DFB), der zusammen mit einem Modulator in eine photonische integrierte Schaltung (PIC) integriert ist, für große Reichweiten. 

Laser mit integriertemAbsorption (EML) finden in modernen Transceivern breite Anwendung. Andererseits bietet ein Laser mit integriertem Mach-Zehnder-Modulator (DFB-MZ) Vorteile in Bereichen, in denen Linearität und Chirp-Kontrolle erforderlich sind – beispielsweise bei Verbindungslängen von mehr als 2 km und bei Anwendungen mit linearer steckbarer Optik (LPO).

Coherent produziert Coherent 100G-EML-Module, die in den aktuellen Generationen von 400G- (4x100G) und 800G- (8x100G) Transceivern zum Einsatz kommen. Für aufkommende 800G- (4x200G) und 1,6T- (8x200G) Anwendungen stehen uns sowohl 200G-EML- als auch DFB-MZ-Technologie zur Verfügung. Diese ermöglichen ein optimales Moduldesign für jede Anwendung hinsichtlich Leistung und Kosten. 

Beide PIC-Familien basieren auf dem umfassenden Wissen und der langjährigen Erfahrung aus unserer langjährigen Tradition in der Herstellung komplexer PICs (IQ-Modulatoren und abstimmbare Laser). Darüber hinaus ist bei 200 Gbit/s pro Lane die Signalintegrität von größter Bedeutung, insbesondere bei Transceivern mit einer hohen Dichte an Sende- und Empfangskanälen. Alle unsere Datacom-Chipfamilien verfügen über eine integrierte HF-Abschlussschaltung für hervorragende Signalintegrität und minimiertes Übersprechen. Dies vereinfacht zudem das Moduldesign, senkt die Kosten und sorgt für eine ausgezeichnete Signalleistung.

Immer den Blick nach vorne gerichtet – Chancen für LPO

Wie bereits erwähnt, sind KI-/ML-Server auf optische Verbindungen angewiesen, um sich mit der Außenwelt zu vernetzen. Diese optischen Verbindungen müssen nicht nur schnell und modular sein, sondern auch kostengünstig und stromsparend. Eine relativ neue Alternative zum herkömmlichen Transceiver-Format stößt zunehmend auf Interesse. LPOs bieten niedrige Kosten, geringen Stromverbrauch und geringe Latenz, indem sie den DSP aus dem Transceiver auslagern. Der DSP ist zusammen mit dem Switch-ASIC auf einem Chip untergebracht – eine Anordnung, die eine einfache elektrische Verbindung zur Frontplatte nutzt, im Gegensatz zu den alternativen Co-Packaged-Optics, bei denen ASIC, DSP und optische Engine alle im Switch integriert sind.

Es ist noch nicht klar, inwieweit LPO für den Einsatz mit KI/ML genutzt werden wird. Auch wenn LPO noch in den Kinderschuhen steckt, kommen bereits Schalter mit erweiterten DSP-Fähigkeiten auf den Markt, die die aus dem Transceiver entfernten DSP-Funktionen ersetzen können. 

Als bedeutender Innovator im Bereich der Transceiver arbeitet unser Forschungs- und Entwicklungsteam an potenziellen Lösungen, um den künftigen Marktbedarf an LPO-Steckmodulen zu decken. Als vertikal integrierter Anbieter sind wir bereit, alle Ebenen der LPO-Wertschöpfungskette mit einer Reihe bestehender Technologien und Produkte zu unterstützen. Dazu gehören unsere VCSELs ( Vertical Cavity Surface Emitting Lasers ); in jüngster Zeit haben wir buchstäblich Hunderte von Milliarden dieser Emitter ausgeliefert. Weitere wichtige Produkte in diesem Bereich sind unsere Diode und Transimpedanzverstärker (TIAs). Ein weiteres Beispiel hierfür sind die Laserdioden und Diode , die nicht nur die Grundlage für die gesamte optische Kommunikation bilden, sondern auch LIDAR, AR/VR und die Sensorik im Fahrzeuginnenraum ermöglichen .

Coherent: Antrieb für KI – gestern, heute und morgen

Seit ihren Anfängen ist die Datenkommunikation durch das unermüdliche Streben nach immer höheren Geschwindigkeiten geprägt. Der jüngste Anstieg der Nachfrage nach KI und maschinellem Lernen hat jedoch den Bedarf an schnellerer Datenkommunikation noch weiter beschleunigt. Mit der zunehmenden Verbreitung von KI wird unsere einzigartige Kombination aus vertikaler Integration und umfassendem technischen Know-how auch weiterhin eine wegweisende und unverzichtbare Lösung auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette der Datenkommunikation darstellen.

Lesen Sie den Beitrag von Dr. Julie Sheridan Eng, Coherent , über die RolleCoherentim Bereich der KI

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