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Neuer AD-Wandler

Forscher machen dem Internet-Backbone Dampf

Datum:21.02.2013
Autor(en):Thomas Cloer
Wissenschaftler von IBM Research in Zürich und der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben einen wichtigen Durchbruch im Bereich der Signalverarbeitung erzielt.

Ein neu entwickelter Analog-Digital-Wandler, der in einem Logikchip integriert wurde, kann - bei gleichzeitig hoher Energieeffizienz - die Geschwindigkeit des Internet-Backbones auf 100 Gigabit pro Sekunde erhöhen und damit die aktuell verfügbare Geschwindigkeit verdoppeln.

Lukas Kull von IBM Research zeigt einen Wafer mit sechs ADC-Prototypen, eigens gefertigt in East Fishkill.
Foto: IBM Research - Zurich

Mit bis zu einer Milliarde Analog-Digital-Umwandlungen pro Sekunde ermöglicht die Neuentwicklung zudem eine schnellere Datenübertragungsrate bei Endgeräten - angefangen von Supercomputern bis hin zu Smartphones. Die Forschungsergebnisse zum Wandler wurden am 20. Februar auf der International Solid-State Circuit Conference (ISSCC) in San Francisco vorgestellt.

Mit dem rapiden Wachstum von Big Data und dem Internet of Things werden energiesparende und schnelle Analog-Digital-Wandler immer wichtiger, um die Flut an analogen Signalen zur Weiterverarbeitung in Logik-Chips zu konvertieren. IBM-Wissenschaftler begannen daher einer Mitteilung zufolge bereits vor einigen Jahren mit der Entwicklung von energieeffizienteren Analog-Digital-Converters (ADCs).

"Die meisten der derzeit marktüblichen ADCs wurden nicht dafür entwickelt, die riesigen Big Data-Anwendungen zu verarbeiten, mit denen wir heute umgehen müssen - es ist etwa so, als würde man versuchen, Wasser aus einem Feuerwehrschlauch durch einen Strohhalm zu leiten", erklärt Martin Schmatz, Manager des Systems Departments am IBM Forschungszentrum in Rüschlikon1. "Dies ist IBMs erster Versuch, einen neuen ADC zu entwickeln, der die Vorteile eines neuen CMOS-Prozesses nutzt. Daraus resultierte nicht nur einer der energieeffizientesten ADCs seiner Klasse. Er bietet auch die Möglichkeit, riesige Rechenleistung für die Signalanalyse auf dem gleichen Chip mit dem ADC zu integrieren."

Mit diesem Aufbau testet IBM-Forscher Kull, wie seine ADCs funktionieren.
Foto: IBM Research - Zurich

Das Design des Analog-Digital-Wandlers hat IBM Research in Rüschlikon zusammen mit Wissenschaftlern vom Microelectronic Systems Laboratory der EPFL entwickelt. "Das neue ADC-Design hat in Hinblick auf Geschwindigkeit, Stromverbrauch und Chipfläche grosse Vorteile gegenüber vergleichbaren, früheren ADCs", sagt Professor Yusuf Leblebici, Direktor des Microelectronic Systems Laboratory. "Dies ist ein perfektes Beispiel für eine erfolgreiche Zusammenarbeit von Industrie und Universität, aus der ein Ergebnis von Weltklasse hervorgegangen ist."

Der Prototyp des ADCs wurde in einem 32-Nanometer-Silicon-on-Insulator-CMOS-Prozess auf einer Fläche von nur 22 x 70 µm2 hergestellt. Er schafft eine Milliarde Analog-Digital-Umwandlungen pro Sekunde und läuft bei einer Spannung von nur 1 Volt und einer Leistungsaufnahme von 3.1 Milliwatt - das ist etwa 30-mal weniger als ein Mobiltelefon im Ruhezustand verbraucht. Insbesondere erlaubt die neue Technologie die Parallelschaltung vieler ADCs, was die große Geschwindigkeitssteigerung ermöglicht.

Dank seiner Geschwindigkeit, Effizienz und einer Auflösung von 8 Bit lässt sich der ADC in verschiedenen Bereichen von Supercomputern und Datenzentren bis hin zu Unterhaltungselektronik, Kabelmodems, Set-Top-Boxen und mobilen Geräten einsetzen. Die meisten Smartphones haben beispielsweise mehr als zehn ADCs, unter anderem für Temperatur-, Touchscreen- und Bewegungssensoren.

Der Analog-Digital-Wandler könnte laut IBM bereits 2014 marktreif werden. Die Technologie könnte auch für das DOME-Projekt2 von großer Bedeutung sein, das IBM auf der CeBIT 2013 erstmals einer breiteren Öffentlichkeit präsentiert. Dabei arbeitet "Big Blue" gemeinsam mit dem niederländischen Institut für Radioastronomie (ASTRON) an Informationstechnologien für das Teleskop "Square Kilometer Array" (SKA), das nach seiner Fertigstellung im Jahr 2024 das weltweit größte und empfindlichste Radioteleskop mit Standorten in Südafrika und Australien sein wird.

Links im Artikel:

1 http://www.research.ibm.com/labs/zurich/index.shtml
2 http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/37361.wss

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