Geschwindigkeitsrekord auf der Datenautobahn

Immer mehr Daten in immer kürzerer Zeit – die Transistor-Outline-Technologie von SCHOTT ermöglicht in Kommunikationsnetzen bislang unerreichte Bandbreiten.

Immer mehr Daten in immer kürzerer Zeit – die Transistor-Outline-Technologie von SCHOTT ermöglicht in Kommunikationsnetzen bislang unerreichte Bandbreiten.

Die Nachfrage nach leistungsfähigeren Netzwerken wie Ethernet wächst und wächst. Voraussichtlich 20,8 Milliarden vernetzte Geräte werden 2020 weltweit im Einsatz sein. 2016 waren es noch 6,4 Milliarden. Gleichzeitig nehmen die Anforderungen an die Datenübertragung überproportional zu. Alles muss nicht nur immer und überall in immer kürzerer Zeit zur Verfügung stehen. Auch die Mengen an Material, die auf die digitale Reise gehen, werden immer größer. „Vor allem der grassierende Austausch von Videos verlangt regelmäßig nach Technologiesprüngen“, sagt Robert Hettler, Entwicklungsleiter für opto-elektronische Komponenten bei SCHOTT.

Er und sein Team haben mit der 50G-Transistor-Outline- Technologie (TO) eine Gehäuselösung für faseroptische Datenübertragungskomponenten auf den Markt gebracht, die bis dato unerreichte Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht. „Die entscheidende Frage beim kabelgebundenen Datentransfer ist, wie viel ich über eine einzelne Faser transportiert bekomme“, erklärt Hettler. Mit dem neuen TO von SCHOTT sind, wie der Name verrät, 50 Gigabit pro Sekunde möglich. Doppelt so viel wie bislang.

Bei der faseroptischen Hochfrequenz-Datenübertragung kommen ein Sender (Laser) auf der einen Seite und ein Empfänger (Fotodiode) auf der anderen Seite der Leitung zum Einsatz (siehe Grafik). Beide Komponenten werden in einem TO verkapselt, der sie vor äußeren Einflüssen – in erster Linie Luftfeuchtigkeit – schützt. Natürlich könne eine Datenleitung laut dem Electronic-Packaging-Experten deutlich höhere Übertragungsraten stemmen, das Problem seien die Signalübergänge, also etwa die Verbindungen zu Leiterplatte und Chip. Um die Performance von 50 Gigabit pro Sekunde zu erreichen, müssen alle Übergänge optimal gestaltet sein.

Die Bezeichung Transistor Outline (TO) beschreibt einen gültigen Industriestandard für die Bauart und Baugröße von stromführenden Elektronikgehäusen. Der Sockel bildet die mechanische Basis für die Montage von elektronischen und optischen Bauteilen. Die Kappe sichert als optische Schnittstelle die Übertragung der Signale.

Da die Bauteile von Kunde zu Kunde variieren, bietet SCHOTT individuelle Lösungen an. „Bei der Weiterentwicklung unserer TO berücksichtigen wir immer auch, wer unser Package wie nutzt. Der eine braucht beispielsweise eine größere Montagefläche für seinen Laser, der andere will den Pin ein bisschen weiter nach oben links schieben. Der beste TO der Welt nützt nichts, wenn er falsch angeschlossen wird“, sagt Hettler. Um als erster Hersteller den neuen TO Standard zu erreichen, habe man in erster Linie an drei Punkten angesetzt: Wie kann man den Leiterplatten-Anschluss verbessern, damit er weniger Verluste aufweist? Wie können Toleranzen – etwa beim Glasfüllstand – reduziert werden und wie lässt sich im Innern der Chip-Anschluss optimieren, dass auch hier die Performance besser wird?

Direkt modulierte TO wie die neue 50G-Version – sie kommen ohne extra Bauteile zur Lichtsteuerung aus – bieten in der optischen Hochfrequenz-Datenübertragung das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. Sie ermöglichen es Telekommunikationsanbietern nicht nur, Lichtfasern kostengünstig möglichst nah zum Endverbraucher zu bringen – Stichwort „fiber to the home“. Durch die schnellere Verbindung können mit einer bestehenden Leitung auch deutlich mehr Kunden als bislang mit Daten versorgt werden.

Und bei 50 Gigabit ist längst nicht Schluss. In Verbindung mit dem PAM4-Verfahren lassen sich bis zu 100 Gigabit pro Sekunde über eine einzelne Faser übertragen. Das funktioniert, weil durch die Modulation das Licht nicht nur an- oder ausgeschaltet werden kann, sondern im Prinzip zu einem Drittel an, zu zwei Dritteln und komplett an. So erhält man vier Leistungsstufen, mit denen sich digital zwei Bits übertragen lassen.

Minutenprotokoll: Diese Auswahl von Daten reist weltweit innerhalb von 60 Sekunden durchs Netz. (Quelle: Statista)

Unweigerlich stellt sich bei diesem Geschwindigkeitsrausch die Frage, wo das alles hinführt. „Technisch lassen sich die Übertragungsraten bei Monomode-Fasern noch um mehr als das Tausendfache steigern. Ein Ende der Entwicklung ist also noch lange nicht in Sicht.“ Konzerne wie Google oder Amazon würden schon für die entsprechenden Angebote sorgen, die immer schnellere Übertragungsraten notwendig machten, ist sich Hettler sicher.

Womit wir auch schon bei den mobilen Netzwerken wären. Sie haben den stationären Geräten längst den Rang abgelaufen. Auch hier sorgt der 50G-TO für die Datenbeschleunigung und treibt die Einführung der 5G-Mobilfunknetze entscheidend voran. Schließlich wollen auch Sendemasten zuverlässig mit Daten versorgt werden, damit sie diese ohne Reibungsverlust weiterleiten können. Künftige Anwendungen wie etwa das autonome Fahren dulden keine Millisekunde Verzögerung. Nicht nur mit dem neuen TO setzt SCHOTT in puncto Packaging-Lösungen für Hochgeschwindigkeits-Netzwerktechnologien Maßstäbe. 2002 brachte das Unternehmen den ersten 10-Gigabit-TO auf den Markt, 2008 die 14G-Version, vor ungefähr fünf Jahren dann 25 und jetzt 50G. Hettler: „Wir arbeiten bereits an weiteren Ausbaustufen.“

25. März 2019

Kontakt

Elisabeth Fey
Electronic Packaging
SCHOTT AG

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