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 One step ahead: Adaptive Radarsysteme für smarte Fahrerassistenz
20.09.2018 | Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR

nachricht Virtual Reality ohne Kopfschmerz oder Simulationsübelkeit
19.09.2018 | Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Im Focus: Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung?

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen.

Es war eines der entscheidenden Experimente für die Quantenphysik: Wenn Licht auf bestimmte Materialien fällt, werden Elektronen aus der Oberfläche...

Im Focus: Scientists present new observations to understand the phase transition in quantum chromodynamics

The building blocks of matter in our universe were formed in the first 10 microseconds of its existence, according to the currently accepted scientific picture. After the Big Bang about 13.7 billion years ago, matter consisted mainly of quarks and gluons, two types of elementary particles whose interactions are governed by quantum chromodynamics (QCD), the theory of strong interaction. In the early universe, these particles moved (nearly) freely in a quark-gluon plasma.

This is a joint press release of University Muenster and Heidelberg as well as the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

Then, in a phase transition, they combined and formed hadrons, among them the building blocks of atomic nuclei, protons and neutrons. In the current issue of...

Im Focus: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Im Focus: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

12. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

20.09.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue CBMC-Geräteschutzschaltervarianten

22.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

ISO-27001-Zertifikat für die GFOS mbH und die GFOS Technologieberatung GmbH

21.09.2018 | Unternehmensmeldung

Kundenindividuelle Steckverbinder online konfigurieren und bestellen

21.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics