NVIDIA und 800G optisches Transceiver-Modul

Die Einführung von ChatGPT hat das Wachstum der KI vorangetrieben. Mitte Mai veröffentlichte NVIDIA den DGX H200 für KI, was zu einer Umgestaltung der Branchennachfrage mit strömenden Bestellungen für optische 800G-Transceiver führte. Unternehmen wie Google, Meta, Microsoft und andere erwägen ebenfalls die Integration von KI in ihre Abläufe und treiben damit voran die Implementierung der KI-Industriekette sowohl vor- als auch nachgelagert. FiberMall, ein Hersteller optischer Module, ist ein integraler Bestandteil dieser Kette.

Derzeit liefert FiberMall optische 800G-Module mit einer größeren Anzahl an Multimode-Modulen (800G SR8) und eine kleinere Anzahl an Singlemode-Modulen (800G DR8). Was die Nachfrage nach Rechenzentren zu Beginn des Jahres 2023 angeht, wird ein Verkehrswachstum erwartet, begrenzte Investitionsmittel stellen jedoch ein Hemmnis dar. Die Branchenschätzung für den Bedarf an optischen 800G-Modulen lag zu Beginn des Jahres bei rund 3 Millionen Einheiten. Im Juni kam es jedoch zu einem deutlichen Anstieg, der die Nachfrage fast verdoppelte und im nächsten Jahr voraussichtlich auf mehrere zehn Millionen Einheiten ansteigen wird.

800G SR8 und 800G DR8

Die Glasfaserkommunikationsbranche steckt noch in den Kinderschuhen und die Unternehmen erhöhen schrittweise ihre Produktionskapazitäten. Bereits vor zwei bis drei Jahren hatten viele Unternehmen 800G-Demonstrationsmuster präsentiert. Während der OFC/ECOC-Ausstellung im Jahr 2022 stellte FiberMall Singlemode-EML-Chips und Multimode-VCSEL-Chips für 800G-Transceivermodule sowie Fortschritte bei internen Strukturen und Prinzipien vor.

Die diesjährige OFC-Ausstellung konzentrierte sich hauptsächlich auf die 200G-EML-Technologie, während die Industrialisierung von 800G-optischen Transceivermodulen zunächst mit 8x100G-Modulen begann. In Zukunft wird es zu optischen Modulen mit 4x200G und 8x200G 1.6T weiterentwickelt.

Multimode-Module haben im Vergleich zu Singlemode-Modulen eine größere Anzahl. FiberMall ist in der Lage, in diesem Jahr mehrere hunderttausend optische Multimode-800G-Transceiver-Module zu liefern, was auf starke Industrialisierungsfähigkeiten hinweist. Von der Bedarfsermittlung über die Auftragserteilung bis hin zur Lieferung handelt es sich um einen Prozess für Unternehmen. Daher werden einige Mengen für 2023 geschätzt, während andere für 2024 prognostiziert werden, was aus Sicht der Branche unterschiedliche Zeitpunkte bei gleicher Nachfrage darstellt.

Der plötzliche Anstieg der Modulnachfrage ist hauptsächlich auf die Verbindung mehrerer Chips zurückzuführen, die auf der Infrastruktur von NVIDIA basieren.

Mit der steigenden Nachfrage nach GPUs ist eine beträchtliche Anzahl grundlegender Transistoren erforderlich, um Berechnung, Speicherung und Steuerung zu ermöglichen. Chipgrößen von mehreren hundert Quadratmillimetern gelten bereits als groß, und die Chipherstellungsprozesse wurden immer kleiner, von 10 nm auf 7 nm, 5 nm usw. Da die Größe einzelner Transistoren abnimmt, können Hunderte Milliarden bis Billionen „super“ integrierter Transistoren auf einer Fläche von mehreren hundert Quadratmillimetern untergebracht werden.

Um die Integration und Rechenleistung weiter zu verbessern, reicht es nicht mehr aus, sich ausschließlich auf eine Erhöhung der Integrationsdichte zu verlassen. Den technologischen Möglichkeiten von Halbleiterchips sind Grenzen gesetzt. Ein verfügbarer Ansatz besteht darin, mehrere Chips miteinander zu verbinden, um eine entsprechend größere Rechenleistung zu erreichen.

Die Verbindung zwischen Chips dient der Herstellung von Konnektivität, was mithilfe von Kupfer erreicht werden kann. Beispielsweise können Kupferfolien auf Leiterplatten als Signalleitungen genutzt oder koaxiale elektrische Verbindungen hergestellt werden.

Für die Verbindung können auch optische Fasern verwendet werden. Optische Fasern offHohe Kapazität und geringe Verluste ermöglichen die Übertragung über größere Entfernungen. Der Nachteil der Glasfaserkommunikation sind jedoch die höheren Gesamtkosten, da sie eine Signalumwandlung zwischen den „elektrischen“ Signalen integrierter Schaltkreise und den „optischen“ Signalen der Glasfaserkommunikation erfordert.

Ein optisches Modul ist eine Schnittstelle zur Umwandlung optischer Signale in elektrische Signale. Zur Unterstützung der optischen Verbindung zwischen integrierten Schaltkreisen ist eine große Anzahl optischer Module erforderlich.

Dies erklärt auch, warum man in der Anfangszeit nach Möglichkeit auf optische Fasern verzichtete. Der Einsatz von Glasfasern als letztes Mittel war vor allem auf das hohe Aufkommen des Interconnect-Verkehrs oder eine zu große Interconnect-Distanz zurückzuführen.

Unter Zusammenschaltung versteht man die Herstellung von Verbindungen zwischen jedem Chippaar.

Wenn wir vier Chips betrachten, erhöht sich die Anzahl der Chips linear (2x). Allerdings steigt der Verbindungsverkehr zwischen Chips nicht linear an, sondern weist aufgrund der komplexen Topologie ein exponentielles Wachstum auf.

Je komplexer die Topologie wird, desto intensiver wird der Verbindungsverkehr und der Abstand zwischen den Chips nimmt zu. Dies führt zu einem Dilemma hinsichtlich der Wahl von Kupferdraht oder Glasfaser für die Verbindung.

In dieser Generation, in der 256 Chips gleichzeitig miteinander verbunden sind, kann das Diagramm nur mit Ellipsen versehen werden, die eine groß angelegte Chip-zu-Chip-Verbindung darstellen. Aus Sicht optischer Module gibt es hinsichtlich der physikalischen Schnittstellen kaum einen Unterschied zwischen der Verbindung von Kupferdrähten, Singlemode-Fasern oder Multimode-Fasern.

„Fiber in, Copper out“ bezeichnet den Trend im Bereich der Informationsübertragung, bei dem Glasfasern zunehmend als Medium für die Datenübertragung eingesetzt werden und Kupferkabel nach und nach ersetzen. Optische Fasern haben den Vorteil, dass sie eine Informationsübertragung mit hoher Kapazität und großer Entfernung unterstützen. Wenn für die Datenübertragung optische Fasern gewählt werden, werden integrierte Schaltkreise für Funktionen wie Speicherung, Berechnung und Steuerung verwendet, was den Einsatz optischer Module für die optoelektronische Umwandlung erfordert.

Die aktuelle Entstehung von 800G optischer Transceiver Der Rückgang der Auftragseingänge ist nicht auf mangelnde Nachfrage nach noch größeren Kapazitäten zurückzuführen, sondern eher darauf, dass die Kapazitäten der Branche gerade erst dieses Stadium erreicht haben und die Produktionskapazitäten noch begrenzt sind. Daher gibt es aus Forschungs- und Entwicklungsperspektive eine kontinuierliche technologische Erforschung und Entwicklung optischer 1.6T-, 3.2T- und 6.4T-Module (manche bezeichnen sie auch als optische Motoren), unterstützt durch die vor- und nachgelagerten Industrieketten. Dazu gehören Fortschritte und Innovationen in Bereichen wie Siliziumphotonik, Lithiumniobat-Dünnschichten, EML-Chips und VCSEL-Chips.