Mehrwellenlängen-Lichtquelle 16 Laser auf einem Chip übertragen mit 2 TBit/s

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Kupferverbindungen stoßen in Rechenzentren an physikalische Grenzen – beim Energiebedarf, bei der Latenz und bei der Bandbreite. LEAF Light ist eine monolithisch integrierte DWDM-Lichtquelle auf Siliziumbasis, die als externe Laserquelle (ELSFP) bis zu 16 präzise Wellenlängen auf einem einzigen Chip bereitstellt.

Mit dem exponentiellen Wachstum von KI-Modellen und deren Vernetzung auf Tausenden von Beschleunigerchips (GPUs, TPUs, XPUs) steigt der Bedarf an schnellen und verlustarmen Verbindungen. Elektrische Verbindungen auf Kupferbasis stoßen dabei an ihre Grenzen hinsichtlich Reichweite, Energieeffizienz und Bandbreite.

Vor diesem Hintergrund gewinnen optische Verbindungen zunehmend an Bedeutung. Insbesondere auf Basis von Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). Dabei werden mehrere optische Signale auf unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig mit bis zu 2 TBit/s pro Faser übertragen, die Latenzzeiten reduziert und der Energieverbrauch pro übertragenem Bit verbessert. Im Gegensatz zu CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) nutzt DWDM engere Wellenlängenabstände von typischerweise 100 oder 200 GHz, was deutlich höhere Bandbreitendichten ermöglicht.

Co-Packaged Optics (CPO) für künftige Rechenzentren

Ein vielversprechender Ansatz ist die Integration optischer Schnittstellen direkt in oder an die Logikchips – bekannt als Co-Packaged Optics (CPO). Dabei werden optische Engines in unmittelbarer Nähe zu Switches oder Prozessoren platziert, um Latenzen zu senken und den Energiebedarf zu minimieren.

Doch CPO bringt neue Probleme mit sich: Die optischen Lasermodule erzeugen erhebliche Wärme und benötigen präzise, stabilisierte Wellenlängenquellen. Die Branche reagiert mit einer Entkopplung von Lasern und Engines – dem sogenannten External Laser Small Form Factor Pluggable (ELSFP). Hier werden Lasermodule ausgelagert und optisch an mehrere Engines angebunden – modular, wartungsfreundlich und thermisch entkoppelt.

Mehrwellenlängen-Lichtquelle auf einem Chip

Mit LEAF Light präsentiert das französische Unternehmen Scintil Photonics die weltweit erste vollständig integrierte DWDM-Mehrwellenlängen-Lichtquelle auf einem einzigen Chip. Diese Entwicklung adressiert moderne KI-Rechenzentren und eine zuverlässige, verlustarme und hochdichte optische Signalverteilung innerhalb skalierbarer Co-Packaged-Architekturen.

Das System basiert auf der hauseigenen SHIP-Technologie (Scintil Heterogeneous Integrated Photonics), bei der photonisch aktive III-V-Halbleitermaterialien direkt in CMOS-kompatible Siliziumphotonik-Prozessflüsse eingebettet werden. Unterstützt wird dieser Ansatz bereits durch etablierte Foundries wie TSMC, X-Fab und STMicroelectronics.

• Monolithische Integration von 8 bis 16 DWDM-Lasern mit präzisem Abstand (100/200 GHz),

• waferbasierte Skalierung auf hohe Stückzahlen,

• integrierte Steuerelektronik und optisches Packaging und

• Kompatibilität mit dem neuen ELSFP-Formfaktor für modulare CPO-Systeme.

ELSFP – Eine Architektur und ihre Vorteile

Der ELSFP-Formfaktor definiert ein standardisiertes, frontseitig steckbares Lasermodul zur optischen Versorgung mehrerer Co-Packaged Engines. Er nutzt eine Blind-Mate-Multimode-Faserverbindung auf der Rückseite und ermöglicht:

• einfache Wartung durch Hot-Swap,

• hohe thermische Stabilität durch Positionierung im kühlsten Bereich des Systems und

• modulare Integration mehrerer Lichtquellen in dichte Racks.

„LEAF Light ist derzeit die einzige Einchip-Lösung, die alle Systemanforderungen an Größe, Kosten und spektrale Präzision für kommende DWDM-Co-Packaged-Architekturen erfüllt“, sagt Matt Crowley, CEO von Scintil Photonics.

Das Unternehmen plant erste Engineering-Samples ab dem Jahr 2026. Die Produktion soll im Gleichklang mit dem erwarteten Wachstum im XPU-Markt (GPU-, TPU- oder dedizierte AI-Beschleuniger) skalieren – ein Markt, der laut Analysten bis 2030 auf über 600 Mrd. US-Dollar anwachsen könnte, mit über 35 Mio. im Einsatz befindlichen Beschleunigern weltweit. (heh)

Laserentwicklung

Fortschritte auf dem Gebiet der Diodenlaser und Quantenmodule

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