Laser ersetzt elektrische Datenverbindung Nanolaser soll den Energiehunger von Computern senken

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Forscher aus Dänemark haben einen besonders kleinen Laser entwickelt, der künftig als Lichtquelle für optische Datenverbindungen in Computern dienen könnte. Nach Einschätzung der Forscher ließe sich der Energiebedarf für die Datenübertragung dadurch deutlich senken.

Der Energiebedarf moderner Computer und Rechenzentren steigt nicht nur durch die eigentliche Rechenleistung. Energie benötigt wird auch dadurch, dass große Datenmengen zwischen Prozessoren, Speichern und Recheneinheiten übertragen werden. Eine mögliche Alternative zu den bekannten elektrischen Verbindungen sind optische Interconnects. Anstatt elektrischer Signale kommt Licht für die Übertragung zum Einsatz.

Ein Team der Technischen Universität Dänemark (DTU) hat dafür einen besonders kleinen Nanolaser entwickelt. Die Forscher konzentrieren das Licht und die angeregten Ladungsträger in einer winzigen Struktur. Dadurch soll der Laser mit einer geringeren Anregungsleistung arbeiten können. Der entwickelte Demonstrator arbeitet bei Zimmertemperatur und erzeugt ein Laserlicht mit einer Wellenlänge von etwa 1.535 nm. Die Besonderheit des Lasers liegt darin, dass Licht und angeregte Ladungsträger in einer äußerst kleinen dielektrischen Struktur eingeschlossen werden. „Wenn es um Computer geht, schätzt Jesper Mørk, dass Nanolaser den Energieverbrauch halbieren können“, schreibt die DTU in ihrer Mitteilung. Mørk ist Professor an der Technischen Universität Dänemark und an der beschriebenen Forschungsarbeit beteiligt.

Seine Aussage bezieht sich allerdings auf eine mögliche künftige Systemarchitektur und nicht auf eine bereits nachgewiesene Einsparung in einem vollständigen Computer. Die Nanolaser könnten elektrische Datenverbindungen innerhalb eines Chips oder zwischen verschiedenen Chip-Bausteinen teilweise ersetzen. Licht lässt sich über geeignete Wellenleiter mit geringeren Übertragungsverlusten transportieren als elektrische Signale. Ob sich daraus tatsächlich eine Einsparung von 50 Prozent ergibt, hängt jedoch auch von den Treibern, Modulatoren, Wellenleitern und Empfängern ab.

Elektrische Ansteuerung ist noch offen

Der aktuell entwickelte Demonstrator benötigt noch eine externe Lichtquelle zur Anregung. Für einen Einsatz in Prozessoren oder photonischen Rechenchips müsste der Nanolaser dann allerdings elektrisch betrieben werden. „Wenn der Nanolaser künftig elektrisch betrieben werden kann, was die nächste große Herausforderung in der Forschung sein wird, könnte er eine Vielzahl von Technologien revolutionieren“, heißt es in der DTU-Mitteilung.

Neben der elektrischen Ansteuerung müssen die Forscher klären, wie sich viele identische Nanolaser zuverlässig und reproduzierbar fertigen und mit optischen Wellenleitern koppeln lassen. Auch die thermische Stabilität und der Gesamtenergiebedarf der elektrooptischen Datenverbindung sind für eine praktische Bewertung entscheidend. Die DTU geht davon aus, dass die verbleibenden technischen Fragestellungen innerhalb von fünf bis zehn Jahren gelöst werden könnten. Bis dahin bleibt der Nanolaser ein Forschungsdemonstrator. Das Ergebnis zeigt jedoch einen möglichen Weg, um kompakte Lichtquellen für die optische Datenübertragung auf und zwischen Chips zu realisieren. (heh)

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