Intel plant Prozessoren mit optischen Schnittstellen

Intels Forschungslabors haben mehrere Probleme gelöst, die bisher dem Einbau superschneller optischer Schnittstellen direkt in Prozessoren im Weg stehen.

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(Bild: Intel)

Von
  • Christof Windeck

Die elektronische Übertragung von Informationen braucht Energie – je schneller die Schnittstelle, desto mehr elektrische Leistung ist nötig. Bei sehr hohen Datentransferraten können optische Schnittstellen deutlich effizienter sein als elektrische. Die Integration der dazu nötigen Laser, Empfänger und Modulatoren direkt in einen Prozessor ist bisher aber dermaßen aufwendig, dass sie nur bei Spezialprozessoren umgesetzt wird.

Intel präsentiert auf dem hauseigenen "Intel Labs Day" nun einige Lösungen aus den Labors, die zu künftigen (Server-)Prozessoren mit optischen Schnittstellen führen sollen.

Vier optoelektronische Innovationen hebt Intel hervor: Erstens stark verkleinerte Mikro-Ringmodulatoren (Micro Ring Modulators), um das Datensignal auf das Laserlicht aufzumodulieren, zweitens ausreichend empfindliche Silizium-Fotodetektoren, drittens optische Signalverstärker und viertens Siliziumlaser mit mehreren Wellenlängen (durch Wavelength Division Multiplexing), um mehrere Signale parallel über einen einzigen optischen Wellenleiter (etwa aus Glasfaser) zu übertragen. Alle vier Funktionen sollen sich durch spezielle Packaging-Technik eng mit einer CPU aus standardmäßiger CMOS-Fertigung in einem gemeinsamen Gehäuse verbinden lassen.

Wann aber Intel-Prozessoren mit optischen Interconnects auf den Markt kommen könnten, ließ Intel-Forscher James Jaussi leider offen. Dabei wäre das die entscheidende Frage, weil Intel schon seit mindestens 16 Jahren immer wieder Erfolge seiner Labors bei Optoelektronik veröffentlicht, die sich bisher aber nur selten in Großserienprodukten manifestierten.

So präsentierte Intel schon 2004 einen elektrooptischen Silizium-Modulator, 2006 einen Hybrid-Silizium-Laser, 2007 einen Modulator für 40 GBit/s, 2008 einen Avalanche Photo Detector (APD) in Silizium, 2010 den optischen Thunderbolt-Vorläufer Light Peak und 2013 optische Interconnects für disaggregierte Server.

Querschliff durch eine elektro-optische Leiterplatte (EOCB) mit 12 Wellenleitern integriert in den Dünnglaskern.

(Bild: Fraunhofer IZM)

Zudem forschen außer Intel auch zahlreiche andere Firmen an Siliziumchips mit direkter optischer Anbindung, meistens aber für optische Netzwerke und die Datenfernübertragung. Doch IBM zeigte schon vor acht Jahren optische Technik für die damals aktuellen 90-Nanometer-Chips, die 25 GBit/s schaffen sollte. Und die heutige Intel-FPGA-Sparte Altera kündigte seinerzeit das Stratix IV GT mit direkt angeschlossenen Glasfaser-MicroPODs für je zwölf Kanäle mit 10 GBit/s an. Karlsruher Forscher meldeten 2012 den Photonic Wire Bond, um Chips mit Plastikfasern optisch anzubinden.

Auf einem Mainboard für einen Prozessor mit optischen Schnittstellen müssten zudem auch optische Wellenleiter integriert sein. Daran arbeiten etwa Fraunhofer IZM im Projekt Electro-Optical Circuit Board (EOCB) und das EU-Projekt PhoxTroT.

Es scheint also zwar bereits eine Fülle elektrooptischer (Silizium-)Funktionsblöcke zu geben, aber noch keine Massenprodukte, in denen sie sich wirtschaftlich lohnen.

(ciw)