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Mit Lichtgeschwindigkeit rechnen, Zeit und Schadstoffe sparen SOFI sorgt mit Durchblick für neue Chip-Generationen

| Redakteur: Ulrike Ostler

Zwar rasen die Daten bereits als Licht codiert durch Glasfasern, doch verarbeitet werden sie elektronisch. Diese Übersetzungsarbeit an der Nahtstelle kostet Zeit und teure Energie. „SOFI“, ein von KIT-Wissenschaftlern koordiniertes Projekt, zielt darauf ab, die Optik auf derselben Art von Chips zu integrieren, wie sie seit langem in der Halbleiterindustrie verwendet wird.

Silizium-Chip mit Tausenden von optischen Modulatoren im Test, kontaktiert mit High-Speed-Elektroden und Glasfasern;
Silizium-Chip mit Tausenden von optischen Modulatoren im Test, kontaktiert mit High-Speed-Elektroden und Glasfasern;
( Foto: Hardy Müller )

Ziel des im Januar angelaufenen Projekts „Silicon-Organic hybrid Fabrication platform for Integrated circuits“, kurz SOFI, sind Lichtwellenleiter und elektrooptische Modulatoren, die sich durch die Verwendung von Silizium preiswert in Masse fertigen lassen. Durch die Miniaturisierung, die durch Siliziumwellenleiter möglich wird, kann viel bei der sonst notwendigen Verstärkung von elektrischen Signalen gespart werden.

Dadurch sinkt auch der Stromverbrauch. Deshalb arbeitet weltweit die Forschung auf Hochtouren an der Vereinigung von Optik und Elektronik auf einem Chip. Immerhin beträgt der Anteil des Kohlendioxid-Ausstoßes der Informations- und Kommunikationsindustrie zwei Prozent, hat Gartner errechnet.

Nach einer Fraunhofer-Studie verbrauchen Produktion und Nutzung von ITK rund zehn Prozent des Stroms in Deutschland, mit steigender Tendenz wegen der boomenden Internet-Kommunikation.

Ein weiterer willkommener Effekt besteht im Einsparen von Kabeln. Die Telekommunikationsbetreiber können durch das Schalten der Lichtinformationen mehr Daten über eine Glasfaser schicken: Sie müssen keine weiteren Kabel verlegen.

Das Design kommt aus Karlsruhe

Erarbeitet hat das Design das Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ), unter der Leitung von Professor Dr. Jürg Leuthold, des Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Es lässt eine Signalverarbeitung erwarten, „die mit über 100 Gigabit pro Sekunde die doppelte Übertragungsrate heutiger, vergleichbarer Technologien besitzt, bei einem Energieaufwand von nur fünf Femtojoule pro Bit“, sagt Dietmar Korn, ein Mitarbeiter von Professor Leuthold. Dies ist rund ein Tausend Mal weniger Energie als in heutigen Systemen aufgewendet werden muss.

Korn führt aus: „Um Daten auf ein Lichtsignal zu packen, könnte man einfach eine Laserdiode an- und ausschalten, was aber nicht die schnellste Möglichkeit darstell. Um schneller zu sein, modulieren wir die Phase des Lichts.“

Der Trick: Fließt Licht durch ausgesuchte Kristalle und ein elektrisches Feld wird angelegt, ändert sich der Brechungsindex des Materials. Die Geschwindigkeit des Lichts lässt sich manipulieren und damit seine Phase modulieren.

Den optischen Chips eröffnen aber auch jenseits der Telekommunikation eine Perspektive: Statt die riesigen Rechnerkomplexe in den Unternehmen und die Supercomputer mit Kupferkabeln zu verknüpfen, bietet sich die Optoelektronik als energiesparsamere Alternative an.

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