Die Entwicklung der Glasfaserverbindungstechnik: Von steckbaren Optiken zu Co-Packaged Optics (CPO)

Die Beschränkungen von steckbaren Transceivern

Da Rechenzentren und High-Performance-Computing-Umgebungen die Grenzen der Netzwerkgeschwindigkeit immer weiter hinausschieben, stoßen herkömmliche steckbare Transceiver an ihre physikalischen und elektrischen Grenzen. Die Verwendung elektrischer Leiterbahnen auf Leiterplatten (PCBs) führt zu Problemen mit der Signalintegrität, dem Stromverbrauch und einer erhöhten Latenz. Diese Einschränkungen werden noch deutlicher, wenn die Übertragungsgeschwindigkeiten auf über 800 Gbps ansteigen, was den Bedarf an neuen, effizienteren optischen Verbindungslösungen weckt.

 

Ein schrittweiser Übergang: Von steckbarer Optik zu CPO

Der Übergang von der traditionellen steckbaren Optik zur Co-Packaged-Optik (CPO) ist kein abrupter Sprung, sondern ein strukturierter und schrittweiser Prozess, der schrittweise Verbesserungen bei Bandbreite, Energieeffizienz und Signalintegrität ermöglicht. Dieser Übergang stellt einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise dar, wie Glasfasern in die Netzwerkinfrastruktur integriert werden, und rückt immer näher an den Chip heran, um eine höhere Bandbreite, geringere Latenzzeiten und eine verbesserte Effizienz zu ermöglichen. Eine wichtige Studie von Yole Développement (März 2022) zeichnet diesen Wandel nach und zeigt, wie Energieeffizienz und Systemkomplexität die Einführung von CPO im Laufe der Zeit vorantreiben.

In diesem Stadium bleibt die optische Konnektivität extern, wobei der MPO-Stecker (Multi-Fiber Push-on) in steckbare Transceiver eingebettet ist. Für die Datenübertragung werden weiterhin elektrische Leiterbahnen auf der Leiterplatte verwendet, vom Transceiver über die Leiterplatte bis zum ASIC, was zu Stromverbrauch und Latenzproblemen führt. Während steckbare Optiken bis zu 800 Gbps praktikabel bleiben, erfordert die wachsende Nachfrage nach höheren Geschwindigkeiten fortschrittlichere Integrationsansätze.

 

On-Board-Optik für bis zu 1,6Tbps

Um die Einschränkungen von steckbaren Transceivern zu verringern, werden optische Transceiver mit On-Board-Optik direkt auf die Leiterplatte verlegt. Dadurch wird die Länge der elektrischen Leiterbahnen reduziert, die thermische Leistung verbessert und die Signalintegrität erhöht. Der MPC PIC befindet sich nun direkt auf der Platine, was eine höhere Dichte und eine verbesserte Energieeffizienz ermöglicht. Dieser Schritt legt den Grundstein für künftige Entwicklungen, indem er die Herausforderungen der elektrischen Verbindungstechnik minimiert.

 

Co-gepackte Optik (CPO) auf Substrat für 3,2Tbps und mehr

CPO stellt einen bedeutenden Fortschritt dar, da die Optik direkt in das Schaltersubstrat integriert wird. Durch den Wegfall nahezu aller elektrischen Leiterbahnen reduziert CPO den Stromverbrauch und die Latenzzeit drastisch und verbessert gleichzeitig die Signalintegrität. Dieser Co-Packaged-Ansatz ermöglicht höhere Bandbreiten und ebnet den Weg für eine noch größere Skalierbarkeit in Rechenzentren der nächsten Generation.

 

Direkte optische E/A für 6,4Tbps und mehr

Die letzte Phase der Entwicklung von Glasfaserverbindungen führt die direkte optische E/A ein, bei der Glasfasern direkt mit dem Switch-Chip verbunden sind. Dadurch werden elektrische Verbindungen komplett überflüssig, was zu einer weiteren Optimierung der Energieeffizienz, Bandbreite und Gesamtsystemleistung führt. Diese Architektur ist entscheidend, um die Anforderungen zukünftiger KI-, ML-, HPC- und Hyperscale-Rechenzentrumsanwendungen zu erfüllen.

Warum dieser Übergang wichtig ist

Die Nachfrage nach höherer Bandbreite, geringerem Stromverbrauch, verbesserter Signalintegrität und zukunftssicherer Skalierbarkeit wird durch Künstliche Intelligenz (KI), Large Language Models (LLMs), maschinelles Lernen (ML), High-Performance Computing (HPC) und Hyperscale-Rechenzentren angetrieben. Da die Arbeitslasten immer datenintensiver werden, können herkömmliche elektrische Verbindungen nur schwer mit der erforderlichen Leistung Schritt halten. Der Übergang von steckbaren Optiken zu CPO und schließlich zu direkter optischer E/A ist für die Unterstützung der nächsten Generation von Netzwerk- und Computeranwendungen unerlässlich. Diese Umstellung gewährleistet:

• Höhere Bandbreite um das exponentielle Datenwachstum zu bewältigen, indem die Entfernung, die Signale im elektrischen Bereich zurücklegen, verringert wird.
• Geringerer Stromverbrauch durch Verringerung der elektrischen Verbindungsverluste und der Wärmeentwicklung.
• Verbesserte Signalintegrität durch direkte optische Kopplung, was die Signalverschlechterung minimiert und die Effizienz erhöht.
• Skalierbarkeit für zukünftige Anwendungen, die noch höhere Datenraten erfordern, mit der optischen E/A auf Chipebene.

 

Die Rolle von SENKO in der Zukunft der optischen Verbindungstechnik

SENKO steht an der Spitze der Innovation im Bereich der optischen Konnektivität und bietet fortschrittliche Lösungen, die den Übergang von steckbaren Transceivern zu optischen Architekturen der nächsten Generation erleichtern. Zu ihren bahnbrechenden Produkten gehören:

• MPC-Steckverbinder - Ermöglicht optische Verbindungen mit hoher Dichte für neue On-Board- und Co-Packaging-Anwendungen. MPC ist für eine direkte Faser-zu-Chip-Kopplung ausgelegt, die Verluste reduziert und die Effizienz erhöht.
• SN-MT und MPO Bajonettsteckverbinder - Entwickelt für kompakte, hochleistungsfähige und hochdichte Verbindungen in Rechenzentren der nächsten Generation, die überragende platzsparende Eigenschaften bieten.
• ELSFP (Enhanced Large-Scale Form-Factor Pluggable) - Eine zukunftssichere Lösung, die die Anforderungen an Stromverbrauch und Dichte von Transceivern der nächsten Generation erfüllt. ELSFP unterstützt die sich entwickelnden Hyperscale-Rechenzentrumsarchitekturen und bietet eine hohe Bandbreite bei geringem Stromverbrauch.
• Fortschrittliche optische Backplane-Lösungen - SENKO leistet auch Pionierarbeit bei der Entwicklung neuer optischer Backplane-Konnektivitätsoptionen, die eine nahtlose Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung in kritischen Infrastrukturumgebungen gewährleisten.

Durch kontinuierliche Innovationen im Bereich der optischen Konnektivität unterstützt SENKO Rechenzentren und High-Performance-Computing-Umgebungen dabei, einen höheren Durchsatz, geringere Latenzzeiten und eine höhere Effizienz zu erzielen. Da sich die Branche in Richtung optischer Lösungen mit höherer Geschwindigkeit entwickelt, spielen die Innovationen von SENKO eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung nahtloser Skalierbarkeit, verbesserter Leistung und zukunftssicherer Konnektivität für KI-gesteuerte und Hyperscale-Umgebungen.

 

Schlussfolgerung

Die Entwicklung von steckbaren Optiken zu CPO und direkter optischer E/A stellt einen entscheidenden Fortschritt in der Glasfaserkonnektivität dar. Durch die schrittweise Integration der Optik näher an die Switching-Fabric wird dieser Übergang den wachsenden Anforderungen von KI, ML, HPC und Hyperscale-Rechenzentren gerecht. Mit Unternehmen wie SENKO, die bei optischen Konnektivitätslösungen führend sind, steht die Zukunft der Hochgeschwindigkeitsnetzwerke vor bemerkenswerten Durchbrüchen, die Rechenzentrumsarchitekturen und Leistungsmaßstäbe neu definieren werden.