Noch schnellere Datenübertragung

Coherent ist seit Jahrzehnten ein führender Anbieter von Datenkommunikationslösungen. Aus unserer Sicht ist KI nicht neu, da die zugrunde liegenden Lösungen für die optische Konnektivität dieselben sind, die auch in Mainstream-Netzwerken verwendet werden. Sie hat in letzter Zeit nur mehr Aufmerksamkeit erhalten, da in Hyperscale-Rechenzentren riesige Netzwerke für maschinelles Lernen (ML) eingesetzt werden und man erwartet, dass der zunehmende Trend zu KI-unterstützten Consumer-Apps die weitere Expansion der Cloud vorantreiben wird. 

Tatsächlich verkaufen wir Transceiver (und Komponenten) für den Einsatz von KI/ML seit dem ersten 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, kann man sagen, dass unsere einschlägige Erfahrung weit über diesen Zeitraum hinausreicht – nämlich über 35 Jahre.

Neu ist jedoch der Bedarf an höherer Geschwindigkeit, höherer Kapazität bei der Kommunikation innerhalb des Rechenzentrums und geringerer Latenz, um das Cloud-Wachstum zu unterstützen.  Die zahlreichen Abfragen zwischen Maschinen müssen schnell und nahtlos ineinandergreifen. Das rasante Wachstum von KI/ML bedeutet insbesondere, dass dedizierte KI/ML-Server einen schnell wachsenden Teil der Infrastruktur von Hyperscale-Rechenzentren ausmachen. Diese Server sind über optische Transceiver mit dem restlichen Netzwerk verbunden.

Unsere vertikale Integration liefert schnellere Lösungen. Schnelles

800G ist heute der Stand der Technik für modulare Transceiver. Demnächst werden jedoch modulare 1,6T-Transceiver verfügbar sein. Außerdem hat die Kostenminimierung, wie immer in Rechenzentren, eine übergeordnete Priorität. Ein Beispiel dafür, wie wir unsere vertikale Integration in Bezug auf diese Geschwindigkeits- und Kostenziele nutzen, sehen Sie in den Transceiver-Leistungsdemos, die wir 2023 im Rahmen der OFC und ECOC durchgeführt haben. 

Die erste 800G-Generation basiert auf Transceivern mit 8 optischen 100G-Lanes. Unsere gut besuchten Produktdemonstrationen zeigten optische 200G-Lanes. Insbesondere haben wir diese Laser in einen 800G-Transceiver in einem OSFP-Formfaktor integriert. Die elektrische PAM4-Schnittstelle für 8x100G wurde in vier CWDM-Wellenlängen umgesetzt, die jeweils mit 200G-PAM4 arbeiten. Dieses Format der zweiten Generation ist energieeffizienter und kostengünstiger als der bisherige Ansatz mit optischen 8x100G-Lanes. Beides sind wichtige Anforderungen für entsprechende Anbindungen. Darüber hinaus haben wir die Geräte auch in einem Format demonstriert, um zu zeigen, 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 von übermäßigem Stromverbrauch, geringes Rauschen und kein Übersprechen. Aber dank unserer vertikalen Integration konnten wir 200G relativ schnell erreichen. Wir entwickeln und fertigen alle aktiven und passiven Technologien selbst: die Laser, die Optik, die Wärmemanagement-Lösungen usw.  Genau wie bei den 800G-Produkten der ersten Generation bleibt unser Ansatz bei der Entwicklung dieser neuen Transceiver technologieunabhängig, sodass wir diese problemlos für spezifische Formatanforderungen anpassen können, was Zeit und Kosten spart.  

Schnellere Lösungen für höhere Datenraten

Für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit Übertragungsraten von 100 Gbit/s und mehr werden hauptsächlich zwei Arten von Lasern verwendet: 

• Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) für kurze Entfernungen 
• Distributed Feedback Laser (DFB), die zusammen mit einem Modulator in einen integrierten photonischen Schaltkreis (Photonic Integrated Circuit, PIC) integriert sind, für große Entfernungen. 

Für aktuelle Transceiver werden häufig Laser mit integriertem Elektroabsorptionsmodulator (EML) verwendet. Andererseits hat ein Laser mit integriertem Mach-Zehnder-Modulator (DFB-MZ) dort Vorteile, wo Linearität und Chirp-Kontrolle erforderlich sind – zum Beispiel bei Streckenlängen von mehr als 2 Kilometern und bei LPO-Anwendungen (Linear Pluggable Optics).

Coherent fertigt 100G-EML in großen Stückzahlen. Diese werden in den aktuellen Generationen der 400G- (4x100G) und 800G-Transceivern (8x100G) eingesetzt. Für zukünftige 800G- (4x200G) und 1,6T-Anwendungen (8x200G) stehen sowohl 200G-EML als auch DFB-MZ-Technologie zur Verfügung. Diese ermöglichen im Hinblick auf Leistung und Kosten ein optimales Moduldesign für jede Anwendung. 

In beide PIC-Familien fließt das umfangreiche Wissen und die Erfahrung aus unserer jahrelangen Erfahrung in der Herstellung komplexer PICs (IQ-Modulatoren und abstimmbare Laser) ein. Darüber hinaus ist bei 200G pro Lane die Signalintegrität von größter Bedeutung, insbesondere bei Transceivern mit einer hohen Dichte durch viele Sende- und Empfangskanäle. Unsere Datacom-Chip-Familien verfügen alle über eine On-Chip-HF-Terminierungsschaltung für eine hervorragende Signalintegrität und minimales Übersprechen. Dies vereinfacht zudem das Moduldesign, reduziert die Kosten und sorgt für eine hervorragende Signalleistung.

Die Zukunft immer im Blick – Chancen für LPO

Wie bereits erwähnt, sind KI/ML-Server zur Kommunikation mit der Außenwelt auf optische Verbindungen angewiesen. Diese optischen Verbindungen müssen kostengünstig sein, wenig Strom verbrauchen und schnell und modular sein. Eine relativ neue Alternative zum herkömmlichen Transceiver-Format gewinnt zunehmend an Aufmerksamkeit. LPOs bieten niedrige Kosten, einen geringen Stromverbrauch und niedrige Latenzzeiten, da der DSP aus dem Transceiver entfernt wird. Der DSP ist in den ASIC des Switches integriert. Diese Lösung nutzt eine einfache elektrische Verbindung zur Frontblende – im Gegensatz zu den alternativen optischen Co-Packages, bei denen ASIC, DSP und optische Engine im Switch integriert sind.

Es ist noch nicht klar, inwieweit sich LPO für die Verwendung mit KI/ML durchsetzen wird. Obwohl LPO noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es bereits erste Switches mit erweiterten DSP-Funktionen, die die DSP-Funktionen des Transceivers ersetzen können. 

Als wichtiger Innovator bei Transceivern arbeitet unser F&E-Team an potenziellen Lösungen, um die künftige Marktnachfrage nach modularen LPOs zu decken. Als vertikal integrierter Anbieter sind wir in der Lage, alle Ebenen der LPO-Wertschöpfungskette mit einer Reihe von bestehenden Technologien und Produkten abzudecken. Dies umfasst beispielsweise unsere Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSELs). Wir haben in letzter Zeit hunderte Milliarden dieser Emitter ausgeliefert. Andere wichtige Produkte in diesem Bereich sind unsere Laserdioden-Treiberschaltungen und Transimpedanzverstärker (Transimpedance Amplifier, TIA).  Ein weiteres Beispiel sind die Laserdioden und Laserdioden-Arrays, die nicht nur die Basis für die gesamte optische Kommunikation bilden, sondern auch für LIDAR-, AR/VR- und Insassenzustandserkennungssysteme eingesetzt werden.

Coherent: Leistung für KI: gestern, heute und morgen

Seit ihren Anfängen ist die Datenkommunikation durch ein ständiges Streben nach immer höheren Geschwindigkeiten gekennzeichnet. Der jüngste sprunghafte Anstieg der Nachfrage nach KI/ML hat jedoch zu einem verstärkten Bedarf an der Entwicklung schnellerer Datenkommunikation geführt. Mit der zunehmenden Verbreitung von KI wird unsere einzigartige Kombination aus vertikaler Integration und breitem technischem Fachwissen auch in Zukunft eine unverzichtbare Lösung auf allen Ebenen der Datenübertragungs-Wertschöpfungskette bleiben.

Lesen Sie, was Dr. Julie Sheridan Eng, CTO von Coherent, über die Rolle von Coherent bei KI zu sagen hat.

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