Ausrüstung der Rechenzentren der Zukunft
Das exponentielle Wachstum des globalen Internetverkehrs stellt Rechenzentrumsbetreiber und Gerätehersteller vor erhebliche Herausforderungen. Da die Verwendung immer komplexerer cloudbasierter Anwendungen, sozialer Medien und Big Data-Analysen stetig zunimmt, werden diese Herausforderungen nur noch größer werden. Um diesen Datenverkehr zu bewältigen, verwenden Rechenzentren zurzeit Hunderttausende Server in mehreren Hierarchiestufen, die ein effizientes, kostengünstiges und energieeffizientes Verbindungsnetz erfordern. Darüber hinaus müssen die Switching-Plattformen, die diese Server verwenden, die hohe Bandbreite unterstützen, die für großflächige, nichtblockierende Topologien erforderlich ist. Tatsache ist, dass die herkömmlichen elektronischen Paket-Switching- und kupferbasierten Verbindungstechnologien, die zur Erfüllung dieser Anforderungen verwendet werden, viel Strom verbrauchen, eine begrenzte Reichweite haben und zu zunehmender Latenz neigen. Photonische Technologien stellen eine mögliche Lösung dar, da gezeigt wurde, dass sie die Leistung von Rechenzentrumsservern erheblich verbessern. Bedauerlicherweise steckt die Entwicklung dieser Technologien noch in den Kinderschuhen und die zunehmenden Datenverkehrsanforderungen übersteigen ihre aktuellen Möglichkeiten bei Weitem. Um die Lücke zwischen dem Datenverkehr und der Technologie zu schließen, entwickelte das EU-finanzierte Projekt L3MATRIX (Large Scale Silicon Photonics Matrix for Low Power and Low Cost Data Centers) die nächste Generation der Rechenzentrumsinfrastruktur. „Durch Bereitstellung einer neue Methode zum Bau von Schaltelementen für Rechenzentren können wir Kosten senken und die Effizienz und Leistung steigern,“ so Tolga Tekin, der Projektkoordinator von L3MATRIX. „Das Ergebnis wird die Einrichtung großer Netzwerke mit Geschwindigkeiten in der Größenordnung von mehreren Petabytes pro Sekunde (PB/s) sein und ermöglicht die Bewältigung des Internetverkehrs der Zukunft.“
Ein grundlegend neues System
Die Schlüsselinnovation des L3MATRIX ist eine neue Methode zum Bau von Schaltelementen. Durch das Co-Packaging der optischen Verbindungen mit der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) konnten die Forscher die Chip- Radix erhöhen – die Hauptbeschränkung der Bandbreitenskalierung. Die optische Verbindung wir als große, zweidimensionale Silizium-Photonik-Matrix implementiert, die als optische Single-Mode-Lösung sowohl die benötigte Datendichte als auch eine große Reichweite bietet. Das Paket-Parsing und -Switching wird dann dem ASIC zugeordnet. Das Ergebnis dieser weitreichenden photonisch-digitalen Integration ist die Schaffung grundlegender neuer System- und Netzwerkarchitekturen. Die L3MATRIX wird Rechenzentren eine Skalierung ihrer Netzwerke auf PB/s-Skala mit einem Bruchteil der sonst benötigten Geräte ermöglichen. „Dies ist eine innovative Methode zur Konstruktion von Schaltelementen, die sowohl hohe Radixwerte als auch eine erweiterte Bandbreite von 25 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) bei Singlemode-Fasern und Wellenleitern mit geringer Latenz aufweisen“, erklärt Kobi Hasharoni, der technische Manager des Projekts. „Der Stromverbrauch von Rechenzentrumsnetzwerken, die mit diesen Geräten ausgestattet werden, ist im Vergleich zur herkömmlichen Technologie zehnmal niedriger.“ Das L3MATRIX-System senkt außerdem die Latenzzeit auf den Bereich von 10-20 Nanosekunden. Der Grund dafür ist, dass die Anzahl der Netzwerktechnologie (Hops), die ein Paket ausführen muss, geringer ist, da weniger Switching-Layer im Netzwerk eingesetzt werden.
Der logische Entwicklungsschritt
Laut Tekin ist die Montage des optischen Verbindungs-Transceivers auf dem Chip ein logischer Entwicklungsschritt in der optischen Verbindungsindustrie: „Das L3MATRIX-Projekt stellte erfolgreich die grundlegenden Bausteine eines optischen Systems mit Co-Packaging zur Schau. Diese Technologieplattform steht nun kleinen und mittleren Unternehmen zur Weiterentwicklung und Integration in die Infrastruktur bereit, auf der die Rechenzentren der Zukunft basieren werden.“
Schlüsselbegriffe
L3MATRIX, Rechenzentrum, Co-Packaging, optische Verbindungen, Internet, soziale Medien, Big Data, Server, photonische Technologien, Schaltelemente
