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Optik wird Interconnect-Bandbreite in Computersystemen nach vorn bringen

IBM Forschung, Varioprint und IntexyS bringen optische Datenübertragung in Computersystemen der Realisierung einen Schritt näher

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München/Zürich, 13. November 2006—Auf der diesjährigen Messe Electronica in München stellen der IBM Bereich Forschung(NYSE: IBM), die Varioprint AG und IntexyS Photonics einen gemeinsam entwickelten Prototyp eines optischen Interconnect-Systems vor, der die optische Datenübertragung in Computersystemen der Realisierung einen Schritt näher bringt. Dank der integrierten optischen Technologie kann die Interconnect-Bandbreite von Prozessor zu Prozessor beträchtlich erhöht werden. Dies ist eine der Schlüsselanforderungen für künftige Computersysteme. Die beteiligten Partner präsentieren eine komplett neuartige optische Interconnect-Lösung auf Board-Level, deren Charakteristik eine preiswerte Standard-Serienherstellbarkeit ist — sowohl bei den Komponenten wie auch bei der Montage.

Mit der permanent steigenden Leistung von Prozessorchips muß der Datenfluß von und zum Prozessor entsprechend skalieren. Dies ist der Punkt, wo heutige Kupferverbindungen ihre physikalischen Grenzen erreichen. Optische Verbindungen haben einige wesentliche Vorteile gegenüber Kupfer, insbesondere die höhere Datendichte und die längeren Entfernungen, die damit überbrückt werden können. Darüberhinaus bleiben optische Verbindungen von elektromagnetischen Interferenzen unberührt und verbrauchen weniger Energie ein zunehmend wichtiger werdender Faktor, da die Datenraten weiter steigen. Optische Verbindungstechnik ist von Glasfasernetzen für die Telekommunikation her wohlbekannt. Zusätzliche Forschungsarbeit wird jedoch benötigt, bevor optische Technologie in Computersysteme integriert werden kann.

Die IBM Forschung ging hierbei eine Partnerschaft ein mit der Varioprint AG, einem schweizer Hersteller von gedruckten Schaltkreis-Boards und der französischen IntexyS Photonics, um eine kostengünstige optische Card-to-Card-Interconnect-Lösung zu entwickeln. Der erste Prototyp wird jetzt auf der Electronica 2006 in München vorgestellt, der weltweit größten Messe der Elektronikindustrie. Der Prototyp besteht aus für optische Übertragung eingerichteten, gedruckten Schaltkreis-Boards, die mit hochdichten 120-GB/s-Optoelektronik-Modulen und Fiberoptik-Schnittstellen ausgestattet sind.

"Bei IBM betrachten wir die Interconnect-Bandbreitendichte als eine der Hauptherausforderungen in der nächsten Generation von Servern. Der Datenfluß von und zum Prozessor wird zunehmend limitiert von den elektrischen Verbindungen, wie wir sie heute kennen. Optische Verbindungen können die zusätzliche Bandbreitenkapazität bereitstellen, die wir benötigen, damit das Interconnect-System mit der steigenden Leistung heutiger Prozessoren mitskalieren kann", stellt Dr. Bert Offrein, Leiter der Photonics Group im IBM Forschungslabor Zürich fest, als einer der Chefdesigner des optischen Interconnect-Prototyps.

Offrein und sein Team haben intelligente Wege eingeschlagen, um die optischen Lichtleiter direkt in die gedruckten Schaltkreisboards (Printed Circuit Boards, PCB) zu integrieren. Die PCB-Prototypen integrieren jeweils eine Ansammlung von zwölf optischen Lichtleitern mit je einem Durchmesser von 250 Mikrometern (0,25 mm), die gesamte Breite der zwölf Lichtleiter erreicht damit gerade einmal 3 mm.

"Dieser Prototyp ist ein wichtiger Schritt hin zu preiswerter Herstellung und Montage von optischer Verbindungstechnologie für Datenverbindungen innerhalb eines Systems. Integration und die Nutzung von Standardherstellungsprozessen waren dabei wesentliche Faktoren", erläutert Max Gmür, Projektleiter bei Varioprint.

Eine weitere Herausforderung hinsichtlich Kosten und Effizienz war die Integration der optoelektronischen Komponenten, die elektrische Signal vom Prozessor in optische Signale umwandeln, die dann durch die optischen Lichtleiter und ein Glasfiber-Kabel zur Empfängerkarte übertragen werden, wo sie zurück in elektrische Signale umgewandelt werden. Hochdichte optoelektronische Module mit einer Bandbreite von 120 Gigabit pro Sekunde wurden in Zusammenarbeit mit IntesyS Photonics entwickelt. Die optoelektronische Umwandelung wird von einer Ansammlung von 12 Lasern oder Detektoren vorgenommen. Jeder von ihnen kann 10 Gigabit Daten pro Sekunde verarbeiten. IBM Forscher haben Wege entwickelt, die optoelektronischen Elemente mit den Lichtleitern auf einfache Weise zu verbinden und anzuordnen. Standard-Optikschnittstellen machen die Technologie kompatibel mit bereits am Markt gängiger Fiberoptik-Technologie.

Der Prototyp ist ein entschlossener Schritt zur Entwicklung von PCB-basierter Technologie hin zum Markt. "Jetzt müssen wir unsere Zusammenarbeit mit Herstellern verstärken, um ein Anbieternetz aufzubauen. Gleichzeitig müssen einige Elemente der Technologie noch weiter ausreifen", ergänzt Offrein und führt weiter aus, "Unser Ziel ist die Entwicklung einer generellen optischen Technologieplattform, die für IBM Systeme wie auch für andere Anwendungsbereiche eingesetzt werden kann".

Eine Demonstration des optischen Interconnect-Prototyps ist auf der Electronica 2006 auf dem Varioprint-Stand in Halle B1, Standnr. 632, zu sehen.
Präsentationen zum Thema werden von den IBM Forschern Dr. Christoph Berger und Dr. Roger Dangel auf dem Internationalen Symposium über Photonic Packaging auf der Electronica 2006 im Rau KC32 von 9-17h gehalten. Detaillierters Programm unter www.mcc-pr.de/photonics/site/

Press contact

Nicole Strachowski
Media Relations
IBM Research - Zurich
Tel +41 44 724 84 45

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