Schwerpunkte
18. Juni 2019, 11:32 Uhr | Manne Kreuzer
Juniper Networks mit seiner Silizium-Photonik-Technologie die Kostenvorteile des klassischen Elektronik-Ökosystems nutzen
Juniper Networks verfolgt mit seiner Silizium-Photonik-Technologie einen neuen Ansatz in der Optikfertigung, der Design, Wafer-Produktion, Packaging, Testinfrastruktur und Methoden aus dem Elektronik-Ökosystem nutzt – und so kostengünstigere Netzwerkprodukte liefert.
Zur Kostenreduzierung für die Entwicklung und Produktion optischer Transceiver verließ sich die Industrie auf traditionelle Skalenvorteile, um das Volumen der Lieferketten rein optischer Unterbaugruppen zu steigern. Dies steht im Gegensatz zur Silizium-Lieferkette der allgemeinen Elektronik, die von einer automatisierten Wafer-Herstellung, gemeinsamen Designmethoden, Packaging-Ansätzen und Testinfrastrukturen profitiert, um entsprechende Skalenvorteile für Computer- und Netzwerkgeräte zu erzielen. Die Optische-Transceiver-Industrie ist im Vergleich dazu eine Handwerksindustrie, die auf einer Vielzahl unterschiedlicher Entwicklungsmethoden, der Herstellung von Captive-Wafern, proprietärem Packaging und einer arbeitsintensiven Produktion basiert. Diese Voraussetzungen limitieren die Skalenvorteile. Um die gleichen Vorteile wie die elektronische Lieferkette aus Silizium zu genießen, benötigt die Optische-Transceiver-Industrie einen neuen Fertigungsansatz. Dieser muss sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Leistung entsprechend dem Rest der Netzwerkindustrie skalieren.
Seit zwei Jahrzehnten fokussiert Juniper Networks seine technischen Fähigkeiten darauf, Routing-, Switching- und Sicherheitslösungen anzubieten, die einem grundlegenden Prinzip folgen: die Kosten pro Bit in aufeinanderfolgenden Produktgenerationen zu reduzieren. Die sie verbindende Optik verließ sich auf externe Marktkräfte, um die Cost per Bit zu reduzieren. Juniper wollte daher einen Weg finden, um derzeit bekannte optische Komponententechnologien wesentlich zu verbessern, und sieht Silizium-Photonik als ist eine bahnbrechende Technologie an, die die Designmethoden und die bekannte Waferfertigung für Silizium nutzt, um Skaleneffekte auch für optische Komponenten zu erzielen. Die Weiterentwicklung bei Junipers Ansatz besteht darin, dass alle photonischen Elemente eines optischen Senders/Empfängers – vor allem der Laser und der Detektoren – in einem einzigen Silizium-Photonik-Chip integriert sind. Dies wird durch die Integration von Indiumphosphidmaterialien im Siliziumprozess direkt auf dem Silizium-Wafer erreicht. So lässt sich die grundlegende Schwäche vieler Silizium-Photonik-Technologien beheben: Licht auf dem Chip zu verstärken oder zu erzeugen.
Die Möglichkeit, alle optischen Komponenten in einen einzigen Siliziumchip zu integrieren, verändert und vereinfacht vor allem Test und Montage optischer Transceiver. Dies reduziert auch die Kosten drastisch. Junipers Silizium-Photonik-Plattform unterscheidet sie von anderen Technologien dieser Art in drei Punkten:
Die Silizium-Photonik-Technologie von Juniper nutzt die bestehende Expertise für Systemintegration. Dadurch kann das Packaging der Silizium-Photonik-Plattform in einem optisch steckbaren Transceiver-Modul alle standardbasierten Spezifikationen erfüllen. Diese zusätzliche Stufe der Compliance-Prüfung gewährleistet, dass die Transceiver-Module konform und komplett kompatibel mit den Netzwerkgeräten der gängigen Hersteller sind. Dazu gehören nicht nur heutige Geräte, sondern auch zukünftige Entwicklungen.
Mit der Einführung neuer Anwendungen wie 5G, 8K-Video und AR/VR erreichen die Bandbreitenanforderungen pro Router oder Switch einen Punkt, an dem Netzwerkanbieter gezwungen sind, die Architektur dieser Netzwerkelemente zu überarbeiten. Der voll integrierte „Opto-ASIC“-Transceiver integriert elektronische und photonische Chips in einem kostengünstigen Gehäuse. Damit lässt er sich in bestehende Modul-Formfaktoren (QSFP, QSFP-DD, OSFP, COBO, etc.) packen. Während die Verarbeitungsmöglichkeiten von Netzwerk-Prozessorchips exponentiell ansteigen, wird die Fähigkeit, so viel Bandbreite in und aus den Netzwerkprozessoren elektrisch zu transportieren, durch Shannons Gesetz limitiert. Für Juniper wird es daher einen Wendepunkt geben: Um den Durchsatz der Netzwerkprozessoren weiter zu erhöhen, muss die Photonik im gleichen Gehäuse integriert sein wie der Netzwerkprozessor.
Auch in zukünftige Paketverarbeitungs-Chips könnte die Silizium-Photonik-Technologie integriert werden. In Kombination mit Penta Silicon und Triton Silicon würde dies eine völlig neue Skalierungsleistung auf Linecard- und Systemebene bieten und 1 Pbit/s Übertragungskapazität für das gesamte System ermöglichen. Für Juniper hat die Silizium-Photonik-Technologie im Zusammenspiel mit Netzwerkprozessoren die Grenze von Kapazität und Leistung auf Systemebene noch längst nicht erreicht – und darüber hinaus auch nicht die Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs.