Glasfaserleitungen sind im Wellenmultiplex-Verfahren ausgesprochen effiziente Lichtleiter. Mehrere optische Signale werden miteinander kombiniert, als Gruppe verstärkt und dann gemeinsam über eine einzige Faser übertragen. Möglich ist dies, weil sich Lichtwellen unterschiedlicher Längen nicht gegenseitig stören. Koaxialkabel aus Kupfer arbeiten mit einer ähnlichen Technik, können aber nicht beliebig viele Kanäle aufnehmen. Allerdings müssen die enormen Datenmengen spätestens in den Knotenrechnern der Provider in elektrische Signale umgewandelt werden. Und genau da hakt es: Elektronische Bauelemente sind zu langsam! Aus diesem Grund wird der Datenstrom zunächst mit optischen Verfahren in mehrere parallele Ströme aufgeteilt. Erst dann verarbeiten Photodioden das Licht in elektrische Signale.
" Das Ziel ist nun möglichst weit nach oben zu kommen mit der Geschwindigkeit, damit ich mir diese optischen Verfahren nach der Wandlung sparen kann und gleich elektrisch verarbeite, weil diese optischen verfahren und die Bauelemente, die man dafür braucht, relativ teuer sind, "
sagt Rainer Derksen von der Siemens AG, München. 40 Gigabit pro Sekunde verarbeiten heutige Chips. Wer diesen Wert steigern will, braucht zunächst einmal eine leistungsfähige Halbleitertechnik.
" Das ist also eine Halbleitertechnik, die sich dadurch auszeichnet, dass die Transistoren darin einfach sehr schnell ein- und ausgeschaltet werden können. Das liegt daran, dass die Strukturen in dem Bauelement einfach klein sind. "
Klein sind die Strukturen auch heute schon, allerdings bildet die Wellenlänge des Lichts eine natürliche Grenze. Sind die Chipstrukturen kleiner als die Wellenlänge, versagen lithografische Ätzverfahren. Lösungen für das Problem gibt es trotzdem. Infineon-Ingenieure haben einen besonderen Trick entwickelt: Sie stellen zunächst größere Strukturen her, die sie anschließend verkleinern, so Derksen:
" Indem man Oxide an die Wänden der Strukturen wachsen lässt und diese dann anisotrop ätzt, das heißt, das ist dann ein chemischer Prozess, der aus einer größeren Struktur eine kleinere macht, als man mit lithografischen Verfahren überhaupt erzielen könnte. "
Um die Tauglichkeit des Chips zu testen, hat das Heinrich-Hertz-Institut in Berlin Daten über eine Glasfaserstrecke von 480 Kilometern übertragen. Mit Erfolg, sagt Rainer Derksen. 107 Gigabit pro Sekunde verarbeitet der Winzling, was immerhin den Signalen von 100.000 DSL-Nutzern entspricht. Noch ist der Chip allerdings ein Prototyp und bei der Massenproduktion können viele Fehlerquellen auftauchen.
" Je feiner die Strukturen werden, bekomme ich auch Probleme mit der Reproduzierbarkeit. Ich kann das vielleicht im Einzelfall mal machen, aber das ist dann nicht besonders reproduzierbar. "
Ganz schick wäre übrigens, wenn der elektronische Teil komplett entfällt und der Rechner stattdessen ausschließlich mit Lichtsignalen arbeitet. Der Photonencomputer ist aber trotz erster Erfolge auch heute noch eine Vision. In drei Jahren wird der neue Chip den Markt beherrschen, prophezeien Experten. Seine Leistungsgrenze hat er damit aber noch lange nicht erreicht.
" Als ich vor vielen Jahren die ersten Schaltungen für ein Gigabit pro Sekunde gemacht habe, wenn da jemand behauptet hätte, man würde 1995 Schaltungen für 40 Gigabit machen können, da hätten alle nur gelacht. Wir hätten bestenfalls bewiesen, dass es unmöglich ist. "
" Das Ziel ist nun möglichst weit nach oben zu kommen mit der Geschwindigkeit, damit ich mir diese optischen Verfahren nach der Wandlung sparen kann und gleich elektrisch verarbeite, weil diese optischen verfahren und die Bauelemente, die man dafür braucht, relativ teuer sind, "
sagt Rainer Derksen von der Siemens AG, München. 40 Gigabit pro Sekunde verarbeiten heutige Chips. Wer diesen Wert steigern will, braucht zunächst einmal eine leistungsfähige Halbleitertechnik.
" Das ist also eine Halbleitertechnik, die sich dadurch auszeichnet, dass die Transistoren darin einfach sehr schnell ein- und ausgeschaltet werden können. Das liegt daran, dass die Strukturen in dem Bauelement einfach klein sind. "
Klein sind die Strukturen auch heute schon, allerdings bildet die Wellenlänge des Lichts eine natürliche Grenze. Sind die Chipstrukturen kleiner als die Wellenlänge, versagen lithografische Ätzverfahren. Lösungen für das Problem gibt es trotzdem. Infineon-Ingenieure haben einen besonderen Trick entwickelt: Sie stellen zunächst größere Strukturen her, die sie anschließend verkleinern, so Derksen:
" Indem man Oxide an die Wänden der Strukturen wachsen lässt und diese dann anisotrop ätzt, das heißt, das ist dann ein chemischer Prozess, der aus einer größeren Struktur eine kleinere macht, als man mit lithografischen Verfahren überhaupt erzielen könnte. "
Um die Tauglichkeit des Chips zu testen, hat das Heinrich-Hertz-Institut in Berlin Daten über eine Glasfaserstrecke von 480 Kilometern übertragen. Mit Erfolg, sagt Rainer Derksen. 107 Gigabit pro Sekunde verarbeitet der Winzling, was immerhin den Signalen von 100.000 DSL-Nutzern entspricht. Noch ist der Chip allerdings ein Prototyp und bei der Massenproduktion können viele Fehlerquellen auftauchen.
" Je feiner die Strukturen werden, bekomme ich auch Probleme mit der Reproduzierbarkeit. Ich kann das vielleicht im Einzelfall mal machen, aber das ist dann nicht besonders reproduzierbar. "
Ganz schick wäre übrigens, wenn der elektronische Teil komplett entfällt und der Rechner stattdessen ausschließlich mit Lichtsignalen arbeitet. Der Photonencomputer ist aber trotz erster Erfolge auch heute noch eine Vision. In drei Jahren wird der neue Chip den Markt beherrschen, prophezeien Experten. Seine Leistungsgrenze hat er damit aber noch lange nicht erreicht.
" Als ich vor vielen Jahren die ersten Schaltungen für ein Gigabit pro Sekunde gemacht habe, wenn da jemand behauptet hätte, man würde 1995 Schaltungen für 40 Gigabit machen können, da hätten alle nur gelacht. Wir hätten bestenfalls bewiesen, dass es unmöglich ist. "