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Intel beschleunigt Silicon Photonics Link auf bis zu 1,6 TBit/s

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intelNeben den reinen Rechenbeschleunigern wird ein möglichst schneller Interconnect in modernen Datencentern und Supercomputern zu einem immer wichtigeren Faktor. Typische Netzwerk-Infrastrukturen sind nicht mehr in der Lage, den Bedarf zu decken, zumal neben der Bandbreite auch zunehmen die Latenz eine wichtige Rolle spielt. Hier werden gewisse Parallelen zu schnellem Massenspeicher offenkundig. Anstatt NAND-basierende SSDs bietet Intel mit der Optane-Serie und Samsung mit dem Z-NAND Alternativen an, die auf möglichst geringe Latenzen ausgelegt sind.

Aber zunächst einmal kurz zum aktuellen Stand bei den Interconnects: Mellanox und Intel bieten mit InfiniBand eine Lösung an, die im Datacenter-Bereich etabliert ist und Bandbreiten von bis zu 600 GBit/s erreicht. Omni-Path ist ebenfalls eine Entwicklung von Intel und kann per Enhanced Data Rate (EDR) bis zu 100 GBit/s liefern. NVLink 2.0 von NVIDIA kommt sogar auf bis zu 400 GBit/s. Man muss hier allerdings zwischen einen Intralink zwischen verschiedenen Chip-Packages und Verbindungen zwischen sagen wir einer CPU und einem GPU-Beschleuniger unterscheiden. NVIDIA erreicht eine Intra-Node-Verknüpfung mit NVLink 2.0 und den besagten 400 GBit/s kommuliert zwischen zwei CPUs und acht GPUs. Sollen mehrere Rechenknoten miteinander verbunden werden, werden die Interconnects auch wieder langsamer. Irgendwo zwischen 50 und 100 GBit/s bewegen wir uns dann.

Silicon Photonics Link seit fast 15 Jahren in der Entwicklung

Seit 15 Jahren entwickelt Intel an einer optischen Übertragunsgstechnik, die einen solchen Interconnect schnell und flexibel machen soll. Dabei will man gleich mehrere Probleme angehen: Bandbreite, Latenz und Länge der Übertragungsstrecke.

Im Juli 2010 stellte Intel eine weitere Technologie zur Übertragung von Daten über Lichtwellenleiter vor. Silicon Photonics Link kann in Teilen als Weiterentwicklung zu Light Peak betrachtet werden. Eine klare Trennung nimmt Intel nicht vor. Silicon Photonics Link unterscheidet sich allerdings gerade im Aufbau der Sender und Empfänger deutlich von Light Peak. Bereits zwischen 2004 und 2008 wurden die notwendigen Hardware-Entwicklungsschritte gemacht. Dazu gehören ein hybrid Silizium-Laser, ein Silizium-Modulator mit bis zu 40 GHz und ein Avalanche-Photodetektor mit bis zu 340 GHz.

Aus diesen Einzelkomponenten zusammengesetzt ergibt sich der aktuelle Ausbaustand von Silicon Photonics Link, der seit 2010 besteht und sich auf eine Bandbreite von 50 GBit/s beläuft. 2010 waren diese 50 GBit/s ausreichend, inzwischen ist es aber sehr still um Silicon Photonics Link geworden und die Ansprüche an die Bandbreiten sind gewachsen.

Nach aktuellem Stand bis zu 1,6 TBit/s möglich

Wie gesagt, die derzeitige Ausbaustufe für Silicon Photonics Link sieht eine Bandbreite von 50 GB/s vor. Theoretisch möglich ist eine solche Verbindung über eine Strecke von 2 km. Mit der nächsten Ausbaustufe will Intel bis zu 10 km erreichen. Damit ließe sich die Netzwerk-Infrastruktur weitaus flacher gestalten, weil nicht mehr derart viele Ebenen notwendig sind, die allesamt in ihrem Knotenpunkt zu einem Flaschenhals werden können und Latenzen hinzufügen.

Im derzeitigen Entwicklungsstand kann pro Wellenlänge eine Datenübertragungsrate von 12,5 GBit/Sek. erreicht werden. Durch das Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) können verschiedene Wellenlängen auf einem Lichtwellenleiter verwendet werden. Dieses Verfahren wird auch heute schon in der Kommunikation mit Lichtwellenleitern angewandt. 12,5 GBit/s in vier Kanälen ergibt die aktuelle Bandbreite von 50 GBit/s.

Nun plant Intel die Ausweitung der Bandbreite pro Kanal auf 25 GBit/s, womit bei vier Kanälen schon 100 GBit/s möglich wären. Zukünftig sollen auch 50 GBit/s oder gar 100 GBit/s pro Kanal möglich sein, was eine Gesamtbandbreite von 200 bzw. 400 GBit/s ermöglichen würde.

Aber auch die Anzahl der Kanäle soll erweitert werden. Kommen acht verschiedene Wellenlängen zum Einsatz, ergibt dies bereits eine Bandbreit von 200 GBit/Sek. (8x 25 GBit/Sek.). Es gibt sogar schon Planungen von bis zu 16 Kanälen, was bei 100 GBit/s pro Kanal zu einer Gesamtbandbreite von 1,6 TBit/s führt.

Aber all das ist noch Zukunftsmusik und seit einigen Jahren ist es sehr still um Intels Silicon Photonics Link geworden. Dabei hat das System einige Vorteile. So können Tranceiver und Emitter recht günstig gefertigt werden und die gesamte Hardware ist weitaus günstiger als andere optische Systeme. Allerdings ist derzeit unklar, wie Intel Silicon Photonics Link zukünftig positionieren möchte. Eventuell sehen wir hier auch die Technik, die in einer nächsten Omni-Path-Generation zum Einsatz kommen wird.

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