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Die Forschungsabteilung von IBM hat einen Durchbruch bei den sogenannten Co-Packaged Optics (CPO) verkündet und will damit einen großen Schritt in der direkten Integration der Datenübertragung über Lichtwellenleiter gemacht haben. Die Notwendigkeit der Übertragung über Lichtwellenleiter ergibt sich aus dem Umstand, dass solche optischen Übertragungen um ein Vielfaches effizienter sein können, als solche über Kupferleitungen.
Für einen schnellen Interconnect spielen aber mehrere Faktoren eine Rolle. Der Optical Compute Interconnect (OCI) Chiplet von Intel kommt aktuell auf 4 TBit/s bidirektional – sprich 256 GB/s in Sende- und Empfangsrichtung. Eine einzelne NVLink-Verbindung, wie sie mit den Blackwell-Beschleunigern zum Einsatz kommen wird, erreicht 1,8 TB/s (18 Links mit jeweils vier Lanes bei 25 GB/s) und verfügt damit über eine dreimal so hohe Bandbreite. NVIDIA nutzt NVLink bei diesen Bandbreiten über Kupferleiter bis auf Rackebene.
Das, was IBM nun entwickelt hat, ist ein Polymer Optical Waveguide (PWG), der wiederum an den Photonic Integrated Circuit (PIC) angebunden ist. Der PIC enthält die optischen Subsysteme und hat eine Größe on 8 x 10 mm = 80 mm². Das Substrat, auf dem der PIC sitzt und das eine Anbindung an die restlichen Systeme ermöglicht, hat eine Größe von 17 x 17 mm = 289 mm². Der eigentliche Waveguide, durch den die Lichtwellen geführt werden, hat eine Breite von 12 mm.
Im PWG werden die einzelnen Kanäle von einem Abstand von jeweils 250 µm auf 50 µm zusammengeführt, sodass die optischen in elektrische Signale umgewandelt werden können – und umgekehrt.
Damit solche optischen Verbindungen in der Praxis verwendet werden können, müssen die Steckverbindungen und Übergänge einen gewissen mechanischen Stress aushalten können. Die JEDEC hat dazu eine Norm verfasst und an eben dieser orientiert sich IBM auch. So muss die Verbindung einen thermischen Stresstest bestehen, der 1.000 Zyklen von -40 bis 125 °C vorsieht. Auch längere Extrembedingungen von 85 °C bei 85 % Luftfeuchtigkeit und Lagertemperaturen von -40 °C für 1.000 Stunden und bei hohen Temperaturen von 110, 125 und 150 °C für ebenfalls 1.000 Stunden müssen die Steckverbindungen aushalten.
Aktuell erreichen die optischen Verbindungen noch nicht die Bandbreite der schnellsten kupfergebundenen Interconnects. Unternehmen wie IBM und auch Intel wollen die Bandbreite über die Anzahl der Trägerwellen skalieren. Bei Intel sollen diese von 8 auf 16 verdoppelt werden. Bei IBM sind 12 Trägerwellen geplant, deren Abstände sich aber auch zukünftig auf 18 µm verkleinern lassen sollen, so dass bis zu 32 Trägerwellen untergebracht werden können. Zudem sollen sich mehrere PWGs übereinander stapeln lassen. Bei vier PWGs und jeweils 32 Trägerwellen sprechen wir dann von 128 Kanälen zur Übertragung.
Für das kommende Jahre plant IBM weitere technische Spezifikationen zu veröffentlichen. Bis zur direkten Integration von optischen Verbindungen in den Chips wird es noch einige Zeit dauern.