Neue Möglichkeiten in der Datenkommunikation: Graphen-Photonik für Chipnetzwerke öffnet Türen zu einer effizienteren und schnelleren Verarbeitung von Informationen.

Lange Zeit nur ein Thema für Fachkreise, hat die Debatte um Energiebeschränkungen als Engpass für die Weiterentwicklung von KI-Rechenzentren nun auch öffentliche Bühnen erreicht. Tech-Giganten aus dem Silicon Valley thematisierten erst kürzlich neben dem hohen Kapitalaufwand den exponentiell steigenden Energiebedarf, der die Kapazitäten moderner Rechenzentren vor ernsthafte Herausforderungen stellt. Doch was, wenn die Limitierungen, die wir kennen, nicht das Ende, sondern der Anfang innovativer Lösungen wären?

Die Grenzen herkömmlicher, rein elektronischer Computerarchitekturen werden durch die physikalischen Eigenschaften der Materialien bestimmt. Um den wachsenden Anforderungen der Datenkommunikation gerecht zu werden, braucht es einen Paradigmenwechsel in der Halbleitertechnologie. Die elektronischen Verbindungen aktueller Systeme, die auf wenige Zentimeter begrenzt sind, bringen zahlreiche Herausforderungen mit sich, welche die Leistung und Effizienz beeinträchtigen.

Anstatt sich ausschließlich darauf zu konzentrieren, eine bereits an ihre Grenzen stoßende Integrationsdichte weiter zu erhöhen, liegt die Antwort in einem systematischen Umdenken: Der Schlüssel zur Erfüllung des Bedarfs an höherer Leistung liegt nicht allein in der Dichte, sondern in der Ausweitung der Netzwerke und somit in der Konnektivität zwischen den Chips – mit geringen Verlusten und hoher Bandbreite.

Licht, als Träger von Informationen, hat sich gegenüber elektronischen Verbindungen als überlegen erwiesen, um die Distanz zwischen Chips von wenigen Zentimetern auf mehrere Kilometer zu erweitern. Die Integration von Photonik in die Datenübertragung und die Ausschöpfung der vollen Leistung von Chipnetzwerken ist eine bekannte, aber bisher nicht umfassend implementierte Strategie zur Deckung des Energiebedarfs.

Silizium-Photonik ist ein vielversprechender Ansatz für die optische Datenübertragung, doch sie ist kostspielig, schwer zu integrieren und stößt bei der Leistungssteigerung an Grenzen. Die Kombination der Vorteile des Computings mit Elektronen und der Kommunikation mit Photonen bietet eine neue Perspektive. Die Integration von Optik und Elektronik ermöglicht massive parallele Chip-Konnektivität über weite Distanzen und eröffnet damit völlig neue Möglichkeiten in der Datenkommunikation.

Im Zentrum dieser hochleistungsfähigen Chipnetzwerke mit geringer Latenz steht Graphen. Bekannt für seine exzellenten elektrischen und thermischen Eigenschaften, hat sich Graphen durch seine optischen Qualitäten als Schlüsselmaterial herausgestellt. Es dient als Übersetzer zwischen der optischen und elektronischen Welt und ermöglicht ultraschnelle, energieeffiziente und skalierbare Netzwerke, die Rechenleistung und Energieeffizienz auf ein neues Level heben.

Die Herausforderungen, diese Technologie von der Konzeptphase zur Massenfertigung zu bringen, sind nicht zu unterschätzen. Designkomplexität und Präzision in der Fertigung von Graphen-basierten Photonen-Chipverbindungen erfordern ein Höchstmaß an technischem Know-how.

Bei der Einführung dieser neuen Technologie in den Halbleitermarkt stehen wir vor der Aufgabe, sie in bestehende Industriestandards zu integrieren. Graphen-Photonik bietet hierbei den entscheidenden Vorteil der Kompatibilität mit aktuellen Fertigungsprozessen und schlägt so eine Brücke zwischen herkömmlicher Siliziumtechnologie und der innovativen Welt des Graphens.

Black Semiconductor verfolgt die Vision, zu beweisen, dass fundamentale Veränderungen machbar sind. Unsere Technologie hat das Potenzial, die Art und Weise, wie Daten verarbeitet und gespeichert werden, grundlegend zu verändern. Wir sind überzeugt, dass unsere Graphen-basierten Photonik-Chipnetzwerke nicht nur die Leistung und Effizienz von Rechenzentren, sondern die Computertechnologie insgesamt revolutionieren werden.

Wir haben es uns zum Ziel gesetzt, nicht nur die Branche zu bereichern, sondern sie mit unseren Graphenbasierten Technologien nachhaltig zu transformieren.

Autorin: Linda Wetzel, Team Lead Communications, Black Semiconductor GmbH

Black Semiconductor GmbH

Technologische Basis

• Graphen-Photonik
• Co-integrated Optics
• Chip-to-chip Communication

Innovation

• Neue Materialien, Graphen
• Co-integrated Optics

Primäre Anwendungsfelder

• Effiziente Datenzentren
• Generative KI
• Integrierte KI

Impact

• Energieeffizienz in der Datenkommunikation

www.blacksemi.com

Abbildung 1: Mitarbeiter des Graphen Teams von Black Semiconductor im neu errichteten Reinraum des Unternehmens. (Fotograf: Martin Braun)
Abbildung 2: Die Abbildung zeigt den ersten Wafer für die Graphen-Integration während der Prüfung in der neuen Reinraumanlage von Black Semiconductor.