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 Technologiemodul senkt Ausschussrate von Mikrolinsen auf ein Minimum
14.10.2019 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Per Kamera-Drohne zum 3D-Fabriklayout
14.10.2019 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neuer Werkstoff für den Bootsbau

Um die Entwicklung eines Leichtbaukonzepts für Sportboote und Yachten geht es in einem Forschungsprojekt der Technischen Hochschule Mittelhessen. Prof. Dr. Stephan Marzi vom Gießener Institut für Mechanik und Materialforschung arbeitet dabei mit dem Bootsbauer Krake Catamarane aus dem thüringischen Apolda zusammen. Internationale Kooperationspartner sind Prof. Anders Biel von der schwedischen Universität Karlstad und die Firma Lamera aus Göteborg. Den Projektbeitrag der THM fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand mit 190.000 Euro.

Im modernen Bootsbau verwenden die Hersteller als Grundmaterial vorwiegend Duroplasten wie zum Beispiel glasfaserverstärkten Kunststoff. Das Material ist...

Im Focus: Novel Material for Shipbuilding

A new research project at the TH Mittelhessen focusses on the development of a novel light weight design concept for leisure boats and yachts. Professor Stephan Marzi from the THM Institute of Mechanics and Materials collaborates with Krake Catamarane, which is a shipyard located in Apolda, Thuringia.

The project is set up in an international cooperation with Professor Anders Biel from Karlstad University in Sweden and the Swedish company Lamera from...

Im Focus: Controlling superconducting regions within an exotic metal

Superconductivity has fascinated scientists for many years since it offers the potential to revolutionize current technologies. Materials only become superconductors - meaning that electrons can travel in them with no resistance - at very low temperatures. These days, this unique zero resistance superconductivity is commonly found in a number of technologies, such as magnetic resonance imaging (MRI).

Future technologies, however, will harness the total synchrony of electronic behavior in superconductors - a property called the phase. There is currently a...

Im Focus: Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben erkundet, was mit Molekülen an den Oberflächen von nanoskopischen Aerosolen passiert, wenn sie unter Lichteinfluss geraten.

Kleinste Phänomene im Nanokosmos bestimmen unser Leben. Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf...

Im Focus: Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Wie kommt es, dass manche Neutronensterne zu den stärksten Magneten im Universum werden? Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Entstehung dieser sogenannten Magnetare hat ein deutsch-britisches Team von Astrophysikern gefunden. Die Forscher aus Heidelberg, Garching und Oxford konnten mit umfangreichen Computersimulationen nachvollziehen, wie sich bei der Verschmelzung von zwei Sternen starke Magnetfelder bilden. Explodieren solche Sterne in einer Supernova, könnten daraus Magnetare entstehen.

Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2019

14.10.2019 | Veranstaltungen

10. Weltkonferenz der Ecosystem Services Partnership an der Leibniz Universität Hannover

14.10.2019 | Veranstaltungen

Bildung.Regional.Digital: Tagung bietet Rüstzeug für den digitalen Unterricht von heute und morgen

10.10.2019 | Veranstaltungen

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

Technologiemodul senkt Ausschussrate von Mikrolinsen auf ein Minimum

14.10.2019 | Informationstechnologie

Diagnostik für alle

14.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Bayreuther Forscher entdecken stabiles hochenergetisches Material

14.10.2019 | Materialwissenschaften

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