Optische Datenübertragung Photonik-Rekord: SiGe-BiCMOS-Empfänger-IC schafft 200 Gbit/s

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Imec hat einen neuartigen optischen Empfänger entwickelt, der eine Bruttodatenrate von 200 Gbit/s verarbeiten kann. Dazu haben die Forschenden einen Silizium-Germanium-BiCMOS-Wanderwellenschaltkreis mit einem Germanium-Fotodetektor auf photonischen Silizium-Substrat kombiniert.

Auf der European Conference on Optical Communication (ECOC) Anfang Oktober in Glasgow hat ein Forscherteam von IDLab, einer Imec-Forschungsgruppe an der Universität Gent (Belgien), einen optischen Empfänger auf Basis von Silizium-Germanium (SiGe) vorgestellt, der eine Bruttodatenrate von 200 Gbit/s erreicht. Der Empfänger kombiniert einen SiGe-BiCMOS-Wanderwellen-Elektronikschaltkreis mit einem Germanium-Fotodetektor auf photonischem Silizium-Substrat. Nach eigenen Angaben ist der Empfänger nicht nur besonders schnell, sondern auch gut skalierbar – beides ist wichtig für den Einsatz in Hochgeschwindigkeitsanwendungen zum Beispiel in Rechenzentren, die immer mehrgrößere Datenmengen verarbeiten müssen.

Verdoppelung der Kanalkapazität

Von künstlicher Intelligenz über Cloud Computing bis hin zu 5G: Datenintensive Anwendungen halten Einzug in zahlreiche Bereiche der Industrie und viele Aspekte unseres täglichen Lebens. Um mit den heutigen und vor allem den zukünftigen Anforderungen an die Datenverarbeitung Schritt halten zu können, benötigen Rechenzentren optische Kommunikationsnetzwerke, die mit immer höheren Geschwindigkeiten arbeiten.

„Derzeit arbeiten die leistungsstärksten optischen Transceiver für die Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von bis zu 800 Gbit/s, wobei beispielsweise 8 einzelne 100 Gbit/s-Kanäle verwendet werden. In der Branche wird jedoch eine Verdopplung der Kanalkapazität auf 200 Gbit/s angestrebt, um die Komplexität, die Kosten und den Stromverbrauch der Transceiver zu reduzieren und gleichzeitig die Produktionsausbeute zu verbessern“, erklärt Peter Ossieur, Programmmanager für Hochgeschwindigkeits-Transceiver am IDLab von Imec und Professor an der Universität Gent.

Skalierbare Photonikchips

Ossieur leitet ein Forscherteam, das an integrierten Hochgeschwindigkeitsschaltungen für Photonik-Anwendungen arbeitet. Sein Team hat jetzt eine Bruttodatenrate von 200 Gbit/s erreicht, indem es einen Wanderwellen-SiGe-BiCMOS-Transimpedanzverstärker mit einem Germanium-Fotodetektor auf photonischem Silizium-Substrat kombiniert hat.

Abgesehen von der Geschwindigkeit macht die Verwendung von SiGe-BiCMOS die Technologie nach Angaben von Ossieur skalierbar und damit wirtschaftlich. „Eine Alternative für solche hohen Geschwindigkeiten ist die InP-Elektronik – diese jedoch teuer und weniger gut skalierbar“, erläutert Ossieur. Mit SiGe BiCMOS hingegen ließen sich mehr Funktionen integrieren, zudem könnten die Chips auch in höheren Stückzahlen hergestellt werden.

200 Gbit/s pro Kanal

Wenn optische Transceiver mit den explodierenden Datenraten mithalten sollen, müssen alle Komponenten höhere Übertragungsraten verarbeiten können. Das Team demonstrierte sein Ergebnis in einem Aufbau mit einem Silizium-Photodetektor aus der integrierten Silizium-Photonik-Plattform (iSiPP) von Imec, die für die Telekommunikations-, Datenkommunikations- und medizinische Diagnose-Industrie bestimmt ist.

Laut Joris Van Campenhout, Fellow und Programmdirektor für optische E/A bei Imec, ist der neue optische Empfänger einer der vielen Schritte, mit denen Imec seine Silizium-Photonik-Plattformen für anspruchsvolle Anwendungen mit 200 Gbit/s und darüber hinaus vorbereitet: „Diese neuesten Ergebnisse sind ein weiterer Eckpunkt, der zeigt, dass die Silizium-Photonik-Plattform (iSiPP) von Imec in der Lage ist, mit Datenraten von 200 Gbit/s pro Kanal zu arbeiten – eine Schlüsselanforderung für zukünftige steckbare und Co-Packaged-Optiken.“

Die Arbeit wurde durch die Horizon 2020 Förderprogramme POETICS (Nr. 871769) und NEBULA (Nr. 871658) der Europäischen Union unterstützt und wird auf der European Conference on Optical Communication vorgestellt. (me)

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