Die microLED‑Lichtübertragungstechnologie gewinnt zunehmend an Bedeutung! Die Analogplattform von ams OSRAM beschleunigt die Entwicklung hochgeschwindigkeitsfähiger Verbindungen für KI‑Rechenzentren.

Das explosionsartige Wachstum der Nachfrage nach KI treibt enorme Investitionen in den Aufbau von Rechenzentrumsinfrastrukturen an. Sowohl das Training fortschrittlicher Großmodelle als auch der Betrieb von Inferenzberechnungen, die ChatGPT, Claude und andere KI‑Agenten mit ihren Ausgaben versorgen, erfordern eine gewaltige Rechenleistung.

Ein KI‑Rechenzentrum besteht aus einem Netzwerk, das Prozessoren und Speicherbausteine miteinander verbindet. Derzeit werden die Verbindungen zwischen diesen Rechensystemen überwiegend mittels kupferner Backplanes und Kabel realisiert. Doch Rechenzentren stehen heute vor einer gemeinsamen, ernsten Herausforderung: Sowohl innerhalb als auch zwischen Servern ist eine deutliche Steigerung der Netzwerkbandbreite dringend erforderlich.

Auf technischer Ebene besteht die herkömmliche Vorgehensweise darin, die Signalübertragungsfrequenz in Kupferverbindungen kontinuierlich zu erhöhen. Diese Methode stößt jedoch an ihre physikalischen Grenzen: Mit zunehmender Übertragungsfrequenz steigen sowohl der Energieverbrauch pro Bit als auch die Wärmeentwicklung sowie die Systemkomplexität rapide an. Daher sucht die Branche aktiv nach alternativen Lösungen.

Aus diesem Grund entwickelt ams OSRAM eine optische Übertragungslösung auf Basis von microLEDs für die hochbandbreitige Datenübertragung in KI‑Rechenzentren. Traditionelle Hochbandbreiten‑Optiknetzwerke arbeiten nach dem „schnell und schmal“-Prinzip, bei dem Daten über eine einzelne Glasfaser mit extrem hohen Frequenzen übertragen werden; ams OSRAM hingegen setzt auf eine „langsam und breit“-Architektur und ersetzt einen einzigen leistungsstarken Hochgeschwindigkeitslaser durch Hunderte oder sogar Tausende parallel arbeitender microLED‑Sender.

Dieses microLED‑Array sowie die zugehörige Ansteuerungstechnologie wurden bereits erfolgreich auf der EVIYOS™‑Plattform von ams OSRAM für die Automobilbeleuchtung kommerzialisiert. Dies beweist eindrucksvoll, dass das Unternehmen die Herausforderungen der Fertigung und des gemeinsamen Gehäuses von hochdichten microLED‑Sendern und digitalen Steuerschaltkreisen gemeistert hat.

Allerdings unterscheiden sich microLEDs für die Datenkommunikation sowohl in ihren Leistungsmerkmalen als auch in ihrer Umsetzung grundlegend von jenen in der Automobilbeleuchtung. Derzeit warten Netzwerkausrüster, die Innovationen mithilfe von microLEDs vorantreiben möchten, noch auf belastbare Validierungsergebnisse, die die Leistungsfähigkeit solcher Systeme unter realen Bedingungen in Rechenzentren belegen.

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Simulationsmodell: Nachbildung der tatsächlichen Betriebsbedingungen

Leistungsfähigkeit der Verbindungen

Zu diesem Zweck hat ams OSRAM eine Methode entwickelt, mit der sich branchenübliche Spezifikationen präzise validieren lassen: Das Unternehmen hat ein hochgenaues Systemsimulationsmodell erstellt, das unter dem Einfluss eines realen KI‑Datenstroms die Leistungsfähigkeit von Kommunikationsverbindungen auf microLED‑Basis umfassend bewerten kann.

Das systemnahe Modell von ams OSRAM integriert Simulationen im Zeit‑, Frequenz‑ und Bitfehlerratebereich. Es kann nicht nur die Übertragungseigenschaften von microLEDs, Photodioden, Linsen und verschiedenen Glasfasern simulieren, sondern auch Sender‑Equalizer, Treiber, Empfänger‑Equalizer und Verstärker abbilden. Mit anderen Worten: Das Modell deckt sämtliche zentralen Komponenten der optoelektronischen Frontends von KI‑Servern ab.

Abbildung: Hohe Dichte und hohe Bandbreite zugleich: Optische Datenübertragungssysteme auf microLED‑Basis

Diese Bauteil‑Modelle kombinieren gemessene mikroLED‑Eigenschaften mit physikalischen Verhaltensmodellen anderer Komponenten und ermöglichen so eine umfassende Analyse der Auswirkungen wichtiger elektrischer und optischer Parameter – etwa der Strahlungsverteilung der microLEDs, der Empfindlichkeit der Photodioden sowie der chromatischen und modalen Dispersion der Glasfasern. Auf dieser Grundlage liefert das Simulationsmodell präzise Ergebnisse zu Schlüsselkennzahlen wie Bitfehlerrate, Energieverbrauch pro Bit und Signal‑zu‑Rausch‑Verhältnis (SNR).

Benutzer können für festgelegte Betriebsbedingungen und Komponentenkombinationen flexibel verschiedene KPIs berechnen: So zeigt das Modell beispielsweise anschaulich, wie sich die KPIs bei Änderungen der Glasfaserlänge oder -art dynamisch verändern; bei der Optimierung auf eine bestimmte Bitfehlerrate können Nutzer zudem mithilfe des Modells die Wechselwirkungen zwischen Leistung und Energieverbrauch abwägen.

Auch die Rückführung ist möglich: Das Modell kann ausgehend von spezifischen Systemoptimierungsanforderungen die genauen Spezifikationen der einzelnen Komponenten innerhalb der Verbindung ableiten.

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Weiterer Funktionsumfang: Zuverlässige Simulationen

Unterstützung bei präziser Planungsvalidierung und Optimierung

Derzeit wird der Funktionsumfang dieses Modells kontinuierlich erweitert; künftig sind Simulationen zur elektromagnetischen und optischen Übersprechen zwischen dicht gepackten microLEDs und Photodioden sowie zur thermischen Charakteristik der Gehäuse vorgesehen.

Abbildung: Das Simulationsmodell verdeutlicht die Systemleistungsfähigkeit jeder einzelnen Stelle der Signalkette

Für Netzwerkausrüster und andere potenzielle Partner sowie Kunden bedeutet dies: Vor der Investition in die Entwicklung und Herstellung der ersten datenverbindenden Hardware auf microLED‑Basis können sie mithilfe eines zuverlässigen systemnahen Verbindungsmodells präzise Planungen validieren und optimieren.

Mithilfe dieses Simulationsmodells können Partner die technischen Anforderungen jeder einzelnen Komponente der Datenverbindung genau definieren, die Verfügbarkeit der benötigten Bauteile einschätzen und die Machbarkeit des Gesamtsystems gründlich überprüfen.

Quelle: ams OSRAM