Innovationen in der Datenkommunikation im Zeitalter der KI

In der Welt der Transceiver ist das Einzige, was beständig ist, der Wandel – dank der Fortschritte in der künstlichen Intelligenz befinden wir uns in der Anfangsphase einer grundlegenden Umwälzung.

Ich habe gerade das 20-jährige JubiläumCoherent mitCoherent gefeiert. Wie viele von Ihnen wissen, ist Finisar (heute Coherent )ein Pionier auf dem Gebiet der steckbaren Transceiver, sodass der Name Finisar fast schon zum Synonym für Transceiver geworden ist.

Von Telekommunikationsnetzen über Unternehmensrechenzentren bis hin zu den riesigen Web-2.0-Servern: In den letzten zwanzig Jahren hat sich die Branche aufgrund der Entwicklung und der revolutionären Veränderungen bei den wichtigsten Markttreibern grundlegend gewandelt.

Heute erleben wir einen weiteren bedeutenden Wandel auf dem Markt: das rasante Wachstum von künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (ML). Diese Anwendungen werden ein neues Kapitel in der Geschichte der optischen Transceiver aufschlagen – ein Kapitel, das wir Coherent bereits Coherent .

Dies ist eine wichtige Geschichte, denn Transceiver sind ein unsichtbarer, aber wichtiger Bestandteil unserer heutigen Welt. Ob wir es nun bemerken oder nicht – die meisten von uns nutzen täglichGlasfasernetzwerkeund Transceiver.

Ein einfaches Beispiel ist die Nutzung einer Suchmaschine. Haben Sie sich schon einmal gefragt, was zwischen der Eingabe einer Suchanfrage und der Anzeige der Ergebnisse passiert? Die Suchanfrage gelangt zum Rechenzentrum und wird über ein Glasfasernetz zurückgesendet, wobei sie im Durchschnitt Hunderte von Kilometern zurücklegt. Im Rechenzentrum werden für eine einzelne Suchanfrage Hunderte von Computern zur Ermittlung der Antwort herangezogen, die über Glasfaserkabel miteinander verbunden sind. Optische Transceiver übernehmen dabei die wichtige Aufgabe, elektrische Signale in Lichtsignale umzuwandeln und umgekehrt. Wenn Sie also heute eine Suche durchführen, nutzen Sie ein Glasfasernetz, und das Signal wird höchstwahrscheinlich über Coherent übertragen.

Warum KI-Innovationen Netzwerkinnovationen erfordern

Betrachten wir das Ganze einmal aus der Perspektive des Marktes.

Ich glaube, die meisten von uns haben bereits Artikel über OpenAI ChatGPT, Google Bard oder Microsoft Bing gelesen oder diese Dienste selbst schon einmal genutzt. Tatsächlich gilt OpenAI ChatGPT als die am schnellsten wachsende Anwendung der Geschichte, deren Nutzerzahl innerhalb von nur zwei Monaten auf 100 Millionen angestiegen ist.

Aber Sie fragen sich vielleicht: Was hat das mit dem Transceiver zu tun?

KI muss auf vorhandenen Datensätzen trainiert werden, die unter Umständen Milliarden von Parametern umfassen. Dies erfordert enorme Rechenleistung, die auf Zehntausende von Prozessoren verteilt ist. Um diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden, müssen Rechenzentren grundlegend neu strukturiert und um Server und Netzwerkgeräte erweitert werden, die speziell für KI und maschinelles Lernen ausgelegt sind.

Das Netzwerk-Frontend (Ebene 1) basiert nach wie vor auf der traditionellen Architektur mit Backbone-Switches, die mit ToR-Switches (Top-of-Rack) verbunden sind. Der neue Teil des Netzwerks für beschleunigte Berechnungen (Ebene 0 oder Backend) besteht aus KI-/ML-Servern und Geräten für beschleunigte Berechnungen, die zusammen mit herkömmlichen Rechen- und Speichersystemen an das traditionelle Netzwerk angeschlossen sind. Auf allen Ebenen des Netzwerks kommen optische Verbindungen einschließlich Transceiver zum Einsatz.

KI-/ML-Server und deren Verbindungsstrukturen sowie die Anbindung herkömmlicher Rechen- und Speicherserver erhöhen die Anzahl der Glasfaserverbindungen im Rechenzentrum.

Die Geschwindigkeit von Transceivern ist für die Netzwerkleistung von entscheidender Bedeutung. Die durch die Herausforderungen im Bereich der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens vorangetriebene Transformation der Netzwerke veranlasst uns und andere Branchenkollegen dazu, Transceiver mit immer höheren Geschwindigkeiten schneller als je zuvor auf den Markt zu bringen. Noch vor 20 Jahren lag die höchste Datenrate bei optischen Transceivern bei 10 Gbit/s. HeuteCoherent 50 % der Einnahmen aus der Datenkommunikation von Transceivern mit 200G und höheren Datenraten. Angetrieben durch die steigende Nachfrage nach KI-/ML-Anwendungen sind 800G-Transceiver bereits in Produktion gegangen, und wir gehen davon aus, dass die ersten 1,6T-Transceiver in den nächsten Jahren auf den Markt kommen werden.Innerhalb von fünf Jahren werden die Marktchancen für 800G- und 1,6T-Datenkommunikations-Transceiver voraussichtlich die Summe aller anderen Arten von Datenkommunikations-Transceivern übersteigen, was hauptsächlich auf KI und ML zurückzuführen ist.

Bei Coherent über ein umfassendes Portfolio an Transceivern, die den Anforderungen von KI und ML gerecht werden. Diese Transceiver sind protokollunabhängig, was bedeutet, dass dieselbe Transceiver-Hardware sowohl Ethernet und unbegrenzte Bandbreite als auch proprietäre Protokolle für KI und ML, wie beispielsweise NVLink von NVIDIA, unterstützen kann. Coherent gilt in der Branche allgemein Coherent Experte Coherent und deren Kerntechnologie.

Vertikale Integration → Schnelle Innovation → Schnellere Transceiver

Um diesen Bedarf durch eine höhere Geschwindigkeit der Transceiver zu decken, sind rasante Innovationen erforderlich. Wie sollen wir das bewerkstelligen?

Im Laufe der Jahre haben wir zahlreiche strategische Investitionen getätigt und damit einen beispiellosen Grad an vertikaler Integration erreicht.Wir entwickeln und fertigen nicht nur Transceiver intern, sondern auch zahlreiche Komponenten, darunterLaser,Detektoren und passive optische Elemente. Bei der Entwicklung neuer Transceiver, für die neue Komponenten benötigt werden, beziehen wir diese entweder von einem unserer wichtigsten Entwicklungspartner oder entwickeln und fertigen sie intern. Wir entscheiden anhand von Geschäftsmodellen, Markteinführungszeit und strategischen Überlegungen, was intern und was gemeinsam mit Lieferanten entwickelt wird.

Coherent selbst entwickelt. Abbildung oben:Coherent .

Die Welt durch modernste Datenkommunikationstechnologie verbinden

Als CTO habe ich 15 Jahre lang die Entwicklung unserer Datenkommunikations-Transceiver geleitet. Lassen Sie mich Ihnen Schritt für Schritt erläutern, wie wir mithilfe vertikaler Integration – insbesondere einer Reihe modernster Lasertechnologien – 800G- und 1,6T-Transceiver entwickeln, für die auf dem Markt eine stetig wachsende Nachfrage besteht.

800G- und 1,6T-Transceiver erfordern Laser mit einer Übertragungsrate von 100G bzw. 200G pro Kanal. Der verwendete Lasertyp hängt von der Datenrate und der Länge der Glasfaserverbindung ab. Im Allgemeinenbeträgt die Verbindungslänge im AI/ML-Teil des Netzwerks (Ebene 0) weniger als 50 Meter, die Verbindung zwischen ToR-Switches und Backbone-Switches (Ebene 1) bis zu 500 Meter und die Verbindung zwischen Switches und Routern oder zwischen Routern untereinander (Telekommunikationszugang) zwischen 2 und 10 Kilometern. Für jede dieser Entfernungen und Anwendungen gibt es geeignete Lasertechnologien.

Coherent und Entwicklungslabor für Coherent in Fremont, Kalifornien.

Für Verbindungsstrecken unter 100 m (einschließlich der Untergruppen der Tier-0- und Tier-1-Verbindungen) verwenden wirvertikale Oberflächenemissionslaser (VCSEL). Diese Laser basieren auf unserer Galliumarsenid (GaAs)-Technologieplattform. VCSEL-Lösungen zeichnen sich in der Regel durch äußerst niedrige Kosten und einen geringen Stromverbrauch aus und sind daher die erste Wahl für Verbindungen unter 100 m. Wir sehen eine enorme Nachfrage nach VCSEL-basierten Transceivern für KI-/ML-Anwendungen.

Coherent mehrere 6-Zoll-GaAs-VCSEL-Fabriken Coherent . Wir gehören zu den weltweit größten VCSEL-Herstellern und liefern große Mengen an VCSELs für Datenkommunikations- und Verbraucheranwendungen. Unsere VCSELs mit einer Einzelkanalrate von 100G sind bereits in Produktion und werden in 400G- und 800G-Transceivern eingesetzt.Derzeit arbeiten wir an VCSELs mit einer Einzelkanalrate von 200G, was erhebliche Änderungen am Design und an der Fertigung der VCSEL-Bauteile erfordert.

Ein Hochgeschwindigkeits-VCSEL, der auf einem 6-Zoll-Galliumarsenid-Wafer hergestellt wurde.

Für Level-1-Switches und Telekommunikationszugänge, bei denen die Entfernungen die von VCSELs unterstützten Reichweiten überschreiten, sind Singlemode-Geräte erforderlich. Diese Geräte werden ausIndiumphosphid (InP) hergestellt.Coherent über mehrere InP-WaferfabrikenCoherent .Unsere InP-Technologieplattform ist eine der wenigen in der Branche, die sich im groß angelegten Praxiseinsatz bewährt hat: In den letzten zwanzig Jahren haben wirüber 200 Millionen Datenkommunikationslaserim Feld installiert. Unsere Laser wurden von nahezu allen Netzwerk-OEMs und Web-2.0-Anbietern weltweit anerkannt und eingesetzt, und wir nutzen unsere umfangreiche Erfahrung, um Laser für Single-Mode-800G- und 1,6T-Transceiver zu entwickeln.

Für Verbindungsstrecken der Klasse 1 mit einer Länge von mehr als 100 Metern können Transceiver auf Basis von Silizium-Photonik eingesetzt werden. Alle Produkte der Silizium-Photonik benötigen InP-CW-Laser (CW)-Laser zur Erzeugung des Lichts. Wir bringen diese Laser derzeit auf den Markt und planen, sie in unseren eigenen Transceiver-Designs einzusetzen, wie beispielsweise in unserem auf Silizium-Photonik basierenden 800G-DR8-Transceiver, den wir im September 2022 auf der European Conference on Optical Communications (ECOC)vorgestellt haben.

Für Verbindungen der Klasse 1 mit einer Länge von mehr als 100 Metern sowie für Telekommunikationsanschlüsse (2–10 km) können elektrisch absorbierte Modulationslaser (EML) eingesetzt werden. Wir fertigen EML mit einer Einzelkanalrate von 100G zur Unterstützung von 400G- und 800G-Transceivern.wie beispielsweiseden EML-basierten 800G-DR8-Transceiver, den wirauf der ECOC 2022 vorgestellt haben. Ebenfalls auf der ECOC haben wir einen EML mit einer Einzelkanalrate von 200G vorgestellt und dafürden jährlichen Innovationspreis für optische Kommunikationerhalten.

Obwohl wir davon ausgehen, dass wir Transceiver mit einer Einzelkanalrate von 200 Gbit/s realisieren können, stellt die Erreichung einer Übertragungsreichweite von 10 km selbst bei Einsatz von EML eine große Herausforderung dar. Für diese Anwendung setzen wir große Hoffnungen auf eine neue bahnbrechende Lasertechnologie namens DFB-MZ,die es uns ermöglicht, einen Laser mit verteilter Rückkopplung und einem Mach-Zehnder-Interferometer zu entwickeln. Dabei handelt es sich um einen InP-Dauerstrichlaser, der monolithisch mit einem InP-Mach-Zehnder-Modulator integriert ist. Diese Lasertechnologie wird eine Übertragungsreichweite von 10 km für 1,6-T-Transceiver ermöglichen. Dies ist zweifellos eine fortschrittliche 200G-Lasertechnologie für Einzelkanäle.

Coherent der OFC 2023 Coherent auf einem einzigen Chip integrierte 200G-PAM4-Technologie mit einem Laser mit verteilter Rückkopplung und einem Mach-Zehnder-Modulator vorgestellt.

Unser Versprechen: Innovation im Zeitalter der KI vorantreiben

Es steht außer Frage, dass wir uns auf dem Weg in das Zeitalter der künstlichen Intelligenz befinden. Tatsächlich sind wir bereits mittendrin. Bei Coherent der kontinuierlichen Innovation verschrieben und unterstützen unsere Kunden mit unseren bahnbrechenden Technologien dabei, die Zukunft zu gestalten.

Seit mehr als zwanzig Jahren gehören wir zu den führenden Anbietern von Transceivern für die Datenkommunikation. Wir wollen weiterhin innovativ sein, technologisch führend bleiben und unseren Kunden Komplettlösungen anbieten, mit denen Rechenzentren ihre Anforderungen erfüllen können. Wir freuen uns, gemeinsam mit unseren Partnern Hardware-Lösungen anzubieten, die das Potenzial von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen voll ausschöpfen. Ob Sie es glauben oder nicht,obwohl ich bereits seit 20 Jahren in diesem Bereich tätig bin, arbeite ich nach wie vor in dieser schnelllebigen und einflussreichenWelt der optischen Kommunikationund bin so voller Tatendrang wie eh und je.

Weitere Informationen finden Sie unter www.coherent.com/zh. Folgen Sie uns auch auf WeChat unter dem NamenCoherent “.