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Ein Startup aus Aachen arbeitet an Halbleitertechniken, die in der Zukunft vielleicht einmal eine größere Rolle spielen werden. Konkret geht es um schnelle Interconnects, wie sie bereits heute zum Einsatz kommen, anstatt einer rein elektrischen Verbindung per SerDes oder einer optoelektrischen Lösung mit Glas als Übertragungsmedium setzt Black Semiconductor auf Graphen.
Graphen gilt in vielen Bereichen als möglicher Wunder-Werkstoff. Dabei handelt es sich bei Graphen nur um eine bestimmte Anordnung von Kohlenstoffatomen in einer zweidimensionalen Struktur. Verschiedene mechanische, chemische und eben auch optische Eigenschaften (siehe dazu die Wikipedia) sorgen dafür, dass Graphen in einigen Anwendungsbereichen Gegenstand weiterer Forschung ist.
Black Semiconductor will Graphen für die schnelle optische Interconnect verwenden. Dazu soll nun eine Fertigungsanlage aufgebaut werden, auf der man die entsprechenden optoelektronischen Komponenten auf Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm entwickeln möchte. Diese sollen dann später zusammen in andere Halbleiterkomponenten integriert werden – ähnlich wie Intel dies für Silicon Photonics plant. Hier ist man in der Forschung inzwischen so weit, dass man konkrete Umsetzungen zur Kopplung von optischen Datenleitungen direkt an die Chips umsetzen konnte.
Einer der Gründer von Black Semiconductor ist Dr. Daniel Schall, der bereits für die Gesellschaft für Angewandte Mikro- und Optoelektronik mbH (AMO GmbH) tätig war – darauf verweisen auch die Kollegen von heise. Black Semiconductor wurde 2019 aus der AMO GmbH ausgegründet. Insgesamt wurden schon 250 Millionen Euro an Förderung und Risikokapital in Black Semiconductor gesteckt. 228,7 Millionen kommen von der deutschen Bundesregierung und dem Land Nordrhein-Westfalen, 25,7 Millionen durch die Risikokapitalgeber wie Porsche Ventures und Project A Ventures.
Wie nahe man hier an einer konkreten Umsetzung ist, hängt nicht zuletzt davon ab, wie gut und schnell man die ersten optoelektronischen Komponenten auf einem Wafer fertigen kann und wie gut die Integration mit den klassischen Halbleiterchips gelingt. Vermutlich wird man zunächst einmal einen Chip entwickeln, der dann als eine Komponente eines Package als optoelektronische Verbindung dient. Auch Intel sieht vor, dass man für bestimmte Produkte eine Silicon-Photonics-Chiplet baut, dass dann beispielsweise in ein Package eines Xeon-Prozessors oder Falcon-Shores-Beschleunigers integrierte werden kann. Bereits 2022 präsentierte Intel die Möglichkeit eines OCI-Tiles.
Auch wenn optoelektronische Verbindungen auf den ersten Blick viele Vorteile bieten, so muss deren Einsatz im Vergleich zu "einfachen" elektrischen Interconnects dennoch immer wieder abgewogen werden. Die Wandlung der elektrischen in optische Signale und wieder zurück benötigt ebenfalls Energie und lohnt sich daher nur ab einer bestimmte Länge der Verbindung. Ausgeklügelte SerDes in Chips können auch rein elektrische Verbindungen sehr effizient machen.
Dies beweist NVIDIA mit dem GB200 NVL72. Dabei handelt es sich um ein Rack mit 36 Compute Nodes bestehend aus jeweils einer Grace-CPU und zwei Blackwell-GPUs – insgesamt als 36 Grace-CPUs und 72 Blackwell-GPUs. Diese 72 Blackwell-GPUs sind alle direkt miteinander per NVLink verbunden und kommen auf eine gemeinsame Bandbreite von 130 TB/s. Diese direkten Verbindungen realisiert NVIDIA per Kupferkabel mit 1,8 TB/s pro Verbindung, was aus technischer Sicht ein enormes Unterfangen ist und laut NVIDIA viel Optimierungsarbeit der in den GPUs integrierten SerDes verlangt.
Das Rückgrat (Spine) sitzt hinten am Rack (siehe Galerie oben) und stellt die Verbindungen her. Im Falle der Racklösung von Intel lohnt sich der Einsatz einer optoelektronischen Verbindung nicht, da die Distanz zu kurz und die rein elektrische Verbindung derart stark optimierte wurde. Zukünftig könnte sich dies aber ändern – womöglich auch durch die Entwicklungen bei Black Semiconductor.