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Optische Datenübertragung Lithiumtantalat-Modulator erreicht 400 GBit/s mit Kupferelektroden

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

Forscher haben ein neuartiges Bauteil entwickelt, um schnell und verlässlich Daten zu übertragen. Der elektrooptische Modulator sendet Daten durch Glasfaserkabel und lässt sich kostengünstig in großer Stückzahl herstellen.

Der kompakte Modulator ermöglicht eine schnelle und energieeffiziente Datenübertragung und lässt sich kostengünstig herstellen.(Bild: Hugo Larocque, EPFL)
Der kompakte Modulator ermöglicht eine schnelle und energieeffiziente Datenübertragung und lässt sich kostengünstig herstellen.
(Bild: Hugo Larocque, EPFL)

Der am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Zusammenarbeit mit der EPFL entwickelte Lithiumtantalat-Modulator basiert auf Lithiumtantalat (LiTaO₃) als elektrooptischem Material. Der Durchbruch liegt jedoch nicht im Material selbst, sondern in der Fertigung: Erstmals integrieren die Forscher Lithiumtantalat mit Standard-Kupfermetallisierung aus der CMOS-Fertigung.

„Der entscheidende Fortschritt liegt in den Kupferelektroden und in der Art, wie wir sie herstellen“, erklärt Professor Christian Koos vom Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ) des KIT. Kupfer bietet gegenüber den bisher verwendeten Goldelektroden zwei Vorteile: bessere Leitfähigkeit bei geringeren Verlusten und eine nahezu spiegelglatte Oberfläche nach dem chemisch-mechanischen Polieren (CMP). Diese glatte Oberfläche vereinfacht die hybride Integration mit elektronischen Chips erheblich.

400 GBit/s ohne Nachjustierung

In Tests erreichte der Modulator stabile Datenraten von über 400 GBit/s ohne die bei vielen optischen Systemen übliche Drift und den damit verbundenen Kalibrierungsaufwand. „Der Modulator läuft stabil, ohne dass wir die Einstellungen immer wieder korrigieren müssen“, bestätigt Alexander Kotz vom IPQ. Diese Langzeitstabilität ist entscheidend für den Einsatz in Rechenzentren, wo Tausende solcher Komponenten parallel arbeiten.

Die erreichte Datenrate von 400 GBit/s ist dabei noch nicht das Maximum. „Wir arbeiten an der Grenze dessen, was heute technisch möglich ist. Mit einer leistungsfähigeren Ansteuerelektronik könnten wir die Datenraten noch steigern“, sagt Kotz. Aktuell limitiert die verfügbare Treiberelektronik die Bandbreite, nicht der Modulator selbst.

Skalierbare Fertigung für KI-Infrastruktur

Der eigentliche Vorteil für die Industrie liegt in der Fertigbarkeit: Die Modulatoren entstehen mit denselben Prozessen, die bereits millionenfach in der Chip-Produktion eingesetzt werden. Das ermöglicht eine kostengünstige Massenproduktion, was ein kritischer Faktor angesichts des exponentiell wachsenden Bandbreitenbedarfs in KI-Clustern und Hyperscale-Rechenzentren ist.

Die Technologie adressiert damit direkt den Flaschenhals moderner KI-Systeme: den Datenaustausch zwischen GPUs und Speichersystemen. Während die Rechenleistung einzelner Chips weiter steigt, wird die Vernetzung zum limitierenden Faktor. Optische Verbindungen mit hoher Bandbreite und geringem Energieverbrauch sind hier die einzige skalierbare Lösung. (heh)

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