IBM: Neuer Geschwindigkeitsrekord in der Ethernet-Datenübertragung

Dr. Lukas Kull, scientist, IBM Research in Zurich.

Zürich – Wissenschaftler des IBM Forschungslabors in Rüschlikon und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben an der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) in San Francisco, U.S.A., einen wichtigen technischen Meilenstein in der Signalverarbeitung präsentiert. Sie zeigten eine markante Weiterentwicklung ihres 2013 erstmals vorgestellten Analog-Digital-Wandlers (analog to digital converter oder ADC).

Der neue ADC kann dabei helfen, die Internetgeschwindigkeit auf 200 – 400 Gigabits pro Sekunde (Gb/s) zu steigern bei noch geringerem Stromverbrauch. Damit wird im Vergleich zu heute eingesetzten Technologien eine bis zu vier Mal höhere Übertragungsgeschwindigkeit zwischen Cloud-Rechenzentren über das Internet möglich. Das Vorjahres-Modell des ADCs wurde durch das amerikanische Unternehmen Semtech Corporation lizenziert.

20-millionenfache Steigerung in 20 Jahren
1992 betrug die täglich im Internet übertragene Datenmenge 100 Gigabyte. Heute ist der Datenverkehr auf zwei Exabyte pro Tag angewachsen – eine 20-millionenfache Steigerung. Angesichts des anhaltenden exponentiellen Wachstums von Big Data und dem Internet of Things müssen zukünftige Netzwerkstandards immer höhere Datenraten unterstützen. IBM-Wissenschaftler begannen daher bereits vor einigen Jahren mit der Entwicklung von schnelleren und energieeffizienteren Analog-Digital-Wandlern (analog to digital converter oder ADC), die die übertragenen analogen Signale zur Weiterverarbeitung in Logik-Chips in digitale Nullen und Einsen konvertieren. Der gestern präsentierte ADC ist der aktuell weltweit schnellste CMOS ADC bei höchster Energieeffizienz. Er erreicht eine Samplingrate von bis zu 100 GS/s (giga-samples per second) bei einem Verbrauch von weniger als einem Watt.

„Unser ADC unterstützt IEEE-Standards für Datenübertragung und vereint in 32 Nanometer-Technologie hohe Geschwindigkeit und Energieeffizienz. Damit haben wir eine Basistechnologie, die es uns ermöglicht, bisher präzedenzlose Big-Data-Anwendungen anzupacken“, sagt Dr. Martin Schmatz, Systems Department Manager bei IBM Research – Zürich. „Zudem bringen wir mit Semtech als Partner derzeit die erst vor einem Jahr vorgestellte Vorgängergeneration zur Marktreife.“

Produktion der Semtech Chips in New York
Semtech, ein führender Anbieter von Analog- und Mixed-Signal-Halbleiterprodukten, unterzeichnete mit IBM eine nicht-exklusive Lizenzvereinbarung für den im Februar 2013 präsentierten ADC. Semtech nutzt die Technologie zur Entwicklung zukunftsweisender Kommunikationsplattformen, die voraussichtlich später dieses Jahr angekündigt werden. „Durch den zum Einsatz kommenden 32 nm Silicon-on-Insulator-Prozess von IBM mit seinem einzigartigen Angebot an Funktionen entwickeln wir Produkte, die die Anforderungen der nächsten Generation von Hochleistungskommunikationssystemen erfüllen. Hierzu gehören 400 Gb/s optische Systeme und hochentwickelte Radarsysteme. Wir sehen ausserdem eine immer grössere Bandbreite von Anwendungen in der drahtlosen Kommunikation, wo schnelle Digitallogik weniger flexible analoge Schaltkreise ersetzt“, sagt Craig Hornbuckle, Chief Systems Architect von Semtech.

Die 64 GS/s-Chips für Semtech werden in IBMs 300mm-Fabrik in East Fishkill, New York, U.S.A., produziert. Jeder Chip hat eine Fläche von nur 5 Quadrat-mm. Der Kern schliesst einen Breitband-Millimeterwellensynthesizer ein, der eine Bandbreite von 42 bis 68 GS/s pro Kanal abdecken kann mit einem Nenn-Jitterwert von 45 Femtosekunden Effektivwert. Der gesamte Dual-Channel 2×64 GS/s ADC-Kern generiert 128 Milliarden Umwandlungen pro Sekunde mit einem Gesamtenergieverbrauch von nur 2,1 Watt. Die wissenschaftliche Arbeit mit dem Titel “A 90GS/s 8b 667mW 64× Interleaved SAR ADC in 32nm Digital SOI CMOS” von Lukas Kull, Thomas Toifl, Martin Schmatz, Pier Andrea Francese, Christian Menolfi, Matthias Braendli, Marcel Kossel, Thomas Morf, Toke Meyer Andersen, Yusuf Leblebici und wurde gemeinsam von IBM Research – Zürich und der EPFL auf der ISSCC 2014 veröffentlicht. (IBM/mc/hfu)

• IBM