Durchbruch bei Signalübertragung

Der neu entwickelte elektro-optische Modulator zur Umwandlung elektrischer Signale in Lichtwellen ist wesentlich kleiner als bisherige Modelle und ebne laut dem IBM-Forscherteam den Weg für die optische Signalübertragung zwischen Prozessorkernen auf einem Mikrochip. Auch der Stromverbrauch solcher Komponenten lasse sich dadurch senken, teilen die Forscher mit.

“Der wesentliche Vorteil von Licht ist die höhere Übertragungsrate”, kommentiert Hannes Hübel von der Fakultät für Physik der Universität Wien die Bedeutung der Entwicklung. Laut IBM wird die optische Signalübertragung über Silizium zwischen den Rechenkernen eines Prozessors rund 100 Mal schneller sein als die elektrische Übertragung per Kabel.

Möglich wird das durch den neuen elektro-optischen Modulator, der elektrische Signale in Lichtsignale umwandelt. Er ist IBM zufolge 100 bis 1000 mal kleiner als bisher vorgestellte Modelle. Diese hatten laut Hübel Größen im Millimeter-Bereich, IBMs Entwicklung sei daher ein für die praktische Anwendbarkeit wichtiger Miniaturisierungs-Vorstoß in den Mikrometer-Bereich.

Die Anwendung soll in zukünftigen Generationen von Multi-Kern-Prozessoren erfolgen. Statt neun Rechenkerne zu kombinieren wie der Playstation-3-Prozessor Cell, sollen dann hunderte oder tausende Kerne auf einem Chip zum Einsatz kommen. Am Ende der Entwicklung könne laut IBM Supercomputer-Rechenleistung für den Laptop stehen.

Verschiedene Vorteile der optischen Übertragung ermöglichen diese Entwicklung. Als ein Beispiel führt Hübel an, dass es bei optischen Signalleitern nicht zu einer Kopplung wie bei elektrischen Leitern kommen kann. Daher sei es theoretisch möglich, optische Leiterbahnen ohne aufwändige Abschirmung und somit dichter zu verlegen.

“Die optische Übertragung selbst entwickelt keine Wärme”, erklärt Hübel. Das minimiert nicht nur die Gefahr der Überhitzung des Multikern-Chips, sondern damit auch den Kühlungsbedarf. Insgesamt wird die Signalübertragung energieeffizienter, laut IBM um einen Faktor zehn. “Das ist auf jeden Fall realistisch, da Verluste bei der optischen Übertragung auf die hier extrem kurzen Distanzen praktisch vernachlässigbar sind”, sagt dazu Hübel.

Der Fachartikel ‘Ultra-compact, low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator’, in dem die aktuelle IBM-Entwicklung aus IBMs T.J. Watson Research Center im Detail vorgestellt wird, erscheint in den nächsten Wochen im Fachjournal ‘Optics Express’. Bis der Mini-Supercomputer mit vielen Kernen Realität wird, dürfte es aber noch etwas dauern. Hübel gibt dazu zu bedenken, dass etwa neben dem Modulator noch weitere Komponenten vergleichbar miniaturisiert vorliegen müssen, unter anderem passende Detektoren für die optischen Signale.