Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zwei DVDs pro Sekunde: Winziger Chip verarbeitet Daten in extremer Geschwindigkeit

12.05.2006


Siemens-Forscher haben gemeinsam mit Spezialisten von Infineon einen Empfänger entwickelt, der Internet-Daten aus Glasfaserleitungen in atemberaubendem Tempo in elektrische Signale wandelt. Bislang sind für den Empfang solcher Signale sehr komplexe und teure Aufbauten nötig. Bauteile wie der erstmals eingesetzte Infineon-Chip sind essenziell, um die Leistungsfähigkeit der Kommunikationsnetze künftig kostengünstig zu erhöhen.



Das Internet erfreut sich zunehmender Beliebtheit. Weltweit wächst die Nutzer-Gemeinde um jährlich zwanzig Prozent. Für über eine Milliarde Menschen gehörte der Klick in das World Wide Web im Jahr 2005 bereits zum Alltag. Damit der dichte Datenverkehr künftig nicht die Telekommunikationsnetze zusammenbrechen lässt, müssen die Betreiber ihre Datenstrecken leistungsfähiger machen - und das zu möglichst geringen Kosten. Dafür sind neue kostengünstige Hightech-Bausteine gefragt. Ein solcher ist jetzt als Prototyp aus dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Kooperations-Projekt "Demonstrator für 80-Gbit/s-Direktempfänger mit elektrischem Zeitdemultiplex" der zentralen Forschung Siemens Corporate Technology (CT) und dem Bereich Communications (Com) in München gemeinsam mit Infineon Technologies entstanden: ein Datenempfänger, der pro Sekunde auf einem winzigen Elektronik-Chip eine Datenmenge von 107 Gigabit verarbeitet. Das ist Rekord, denn bisher sind für einen solchen Hochgeschwindigkeitsempfang deutlich aufwändigere und viel teurere Bauteile nötig. 107 Gigabit entsprechen in etwa der Datenmenge zweier DVDs.

... mehr zu:
»Bauteil »DVD »Empfänger »Gigabit »Infineon »Leitung


Für gewöhnlich sausen Daten als Lichtsignal über die Hochgeschwindigkeitsstrecken des Internets. Bevor man sie am Bestimmungsort in elektrische Signale zurückverwandeln kann, muss man sie bisher zunächst optisch in mehrere Signale mit geringerer Datenrate aufteilen und anschließend jedes einzelne mit Fotodioden in elektrische Signale umwandeln, damit die nachfolgende Elektronik die Daten verarbeiten kann. Die zur Aufsplittung nötigen optischen Einrichtungen aber sind teuer, außerdem benötigt man mehrere opto-elektronische Wandler, was die Kosten in die Höhe treibt. Das Ziel der Forscher war es deshalb, einen Chip zu entwickeln, der das Signal der Fotodiode direkt aufnimmt und verarbeitet. Der Vorteil: Ein solcher Chip lässt sich in Massen verhältnismäßig günstig herstellen. Komplexe Aufbauten aus mehreren Komponenten sind nicht mehr nötig. Die Nachfahren dieses Prototyps sollen dereinst in den Vermittlungsstellen der großen Netzbetreiber zum Einsatz kommen. Und zwar dort, wo Datenströme mit hoher Geschwindigkeit ankommen - etwa an den Hauptverbindungen zwischen großen Städten. Hier müssen die optischen Signale ausgekoppelt, in elektrische gewandelt und in das örtliche Kupferkabelnetz eingespeist werden. Auf den leistungsfähigsten Hochgeschwindigkeitsstrecken fließen Daten derzeit mit maximal 40 Gigabit pro Sekunde - nicht einmal halb soviel wie bei dem jetzt erstmals getesteten System.

Ein solches Empfängersystem muss erkennen können, in welchem Takt die Datenpakete anrauschen. Das übernimmt ein "Taktrückgewinnungssystem" - eine Art innere Uhr, die den Rhythmus, den Takt des Datenstroms erspürt. Bei Datenraten jenseits der 40 Gigabit pro Sekunde ist dafür oftmals wiederum ein eigenes opto-elektronisches Bauteil nötig. Der neue Chip hingegen hat eine innere Uhr an Bord. Der kompakte Hochleistungsbaustein wurde in einer Vorläuferversion von Infineons modernster Silizium-Germanium Halbleitertechnologie "B7HF200" hergestellt und ist gerade einmal 1,7 mal 2,5 Millimeter groß - mit Anschlüssen und einem Gehäuse etwa so groß wie eine Zigarettenschachtel. "Um die Tauglichkeit dieses integrierten Empfängers zu überprüfen, haben wir zusammen mit dem Heinrich-Hertz-Institut in Berlin einen Übertragungsversuch über eine Glasfaserstrecke von 480 km durchgeführt", sagte Dr. Rainer H. Derksen, Projektkoordinator bei Siemens Corporate Technology in München. Es zeigte sich, dass die Daten fehlerfrei übertragen und empfangen werden konnten. "Damit wurde erstmals die Machbarkeit eines rein elektrischen 107 Gbit/s-Empfängers für die optische Übertragung nachgewiesen."

Bemerkenswert ist, dass sich der Empfänger für das zukünftige 100 Gbit/s-Ethernet-Übertragungssystem nutzen lässt, das die Telekommunikationsbetreiber derzeit intensiv vorantreiben. Ethernet - für deutlich langsamere1 Gbit/s oder weniger - ist seit langem als ein Standard für die Kommunikation zwischen Computern in Firmen- und Heimnetzwerken bekannt. Da es Daten besonders flexibel transportiert, ist es auch für die großen Übertragungsnetze von wachsendem Interesse. Einer der Vorteile besteht darin, dass die Datenpakete nicht mehr über fest geschaltete Leitungen zum Endkunden sausen, sondern flexibel über Alternativrouten transportiert werden können. Damit lassen sich künftig überlastete Streckenabschnitte, auf denen besonders reger Datenverkehr herrscht, umgehen - zur Zufriedenheit des Kunden. Wie das Kooperationsteam gezeigt hat, ist ihr Chip bereits fit für dieses Netz.

Die Hauptleistung der Forscher bestand im Design des Chips. Denn die winzigen Leitungen im Inneren des kleinen Bauteils aus Silizium und Germanium müssen extrem schnelle Daten verarbeiten können, ohne die Signale zu stören. "Ist die Schaltung falsch dimensioniert, erhält man fehlerhafte Signale", sagte Derksen. So können falsch dimensionierte Leitungen beispielsweise ein Signal reflektieren. Statt durch den Chip zu sausen, beginnt es zu oszillieren. Die Aufgabe der Siemens-Forscher bestand darin, das Gesamtsystem zu konstruieren, in das der Empfänger eingebettet wird. Derksen betonte, dass die Leistung derartiger Geräte kontinuierlich zunimmt - so flink wie der neue Empfänger ist bislang aber keiner. Theoretisch könnte das Gerät gleichzeitig die Signale von 100.000 DSL-Nutzern verarbeiten. Der CT-Forscher rechnet damit, dass auf Basis des Prototypen in etwa zwei bis drei Jahren erste Produkte auf den Markt kommen werden - und die könnten dank der Massenfertigung in der Chipproduktion konkurrenzlos günstig sein.

Guido Weber | Siemens AG
Weitere Informationen:
http://www.siemens.com

Weitere Berichte zu: Bauteil DVD Empfänger Gigabit Infineon Leitung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Brain-Computer-Interface: Wenn der Computer uns intuitiv versteht
18.01.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht »Lernlabor Cybersicherheit« startet in Weiden i. d. Oberpfalz
12.01.2017 | Fraunhofer-Gesellschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie