Optoelektronische Breitband-Bus-Systeme |
"Optoelektronische Breitband-Bus-Systeme" Peter Laws |
Stand der Technik |
Die ständig ansteigenden Anforderungen an die Verarbeitungsgeschwindigkeiten
moderner Rechner haben in den letzten 10 Jahren zu einer enormen Erhöhung
der Prozessor-Taktfrequenzen bis in den Bereich 500 MHz geführt. Es
ist abzusehen, dass z.B. im Jahre 2002 durch weitere Reduktion der Prozessor-Struktur-Elemente
auf 0.1 Mikrometer die Prozessor-Taktfrequenzen auf ca. 1 GHZ gesteigert
werden können. Prognosen sprechen sogar davon, dass in den nächsten
6 Jahren die weiterentwickelten Prozessoren mit Taktfrequenzen im Bereich
8 GHz arbeiten werden [1].
Sollen derartige Prozessoren, die voraussichtlich eine 64-Bit-Architektur aufweisen werden, innerhalb eines Rechners wirklich effektiv eingesetzt und ausgenutzt werden, sind die zugeordneten Rechner-Bus-Systeme auf diese hohen Taktraten und Architekturen anzupassen. Derzeit sind die Subsysteme eines modernen PC's (CPU, RAM, ROM, I/O-Einheiten, Laufwerke) über eine galvanisch strukturierte Mutterplatine und entsprechende Steck-Verbindungen miteinander verbunden. Der Transfer der Daten-, Takt-, Status- und Steuersignale erfolgt dabei über galvanische, parallel verlaufende 32-Bit-Daten- und Adress-Bus-Leitungen bzw. über zusätzliche Einzelleitungen mit Bus-Taktfrequenzen im Bereich 70 MHz. Eine weitere massive Erhöhung der Bus-Taktfrequenzen und gleichzeitig die Verdoppelung der Wortbreite auf 64 Bit führen bei galvanisch strukturierten Bus- und Steuer-Leitungen auf gravierende Schwierigkeiten und stoßen auf physikalisch bedingte Grenzen: Wegen der festliegenden Abhängigkeiten der Widerstands- und Kapazitätsbeläge der Leitungsabmaße läßt sich z.B. die Bandbreite der Bus-Leitungen durch weitere Miniaturisierung der Leitungsstrukturen, wie man zeigen kann, nicht mehr wesentlich erhöhen. Ferner treten bei hohen Bus-Taktraten durch die Takt-Schräglage, die durch unterschiedlich lange Leitungen verursacht wird, ferner durch Reflexionen am Ende einer jeden galvanischen Busleitung sowie durch Übersprechen zwischen den einzelnen Bus-Leitungen zunehmend Störungen bei der Übertragung von Daten und Steuersignalen auf. Auch bei Abschluß aller Bus- und Steuerleitungen mit reflexionsmindernden, aber zusätzliche Verlustwärme erzeugenden Impedanzen ist eine flexible Erweiterung einer vorhandenen Rechner-Konfiguration durch ein neu dazukommendes Subsystem nicht mehr möglich, weil sich durch die Hinzuschaltung eines weiteren Subsystems die Reflexionsverhältnisse komplett ändern. Diese und weitere Schwierigkeiten auf der einen Seite und andererseits die Weiterentwicklung der Halbleiter-Laser haben vor etwa 15 Jahren weltweit zu Überlegungen geführt, eine erhebliche Erhöhung des Daten-Durchsatzes dadurch zu erreichen, dass der innerhalb eines Rechners oder eines Multi-Prozessor-Systems anfallende Daten-Transfer mehr und mehr auf optoelektronische Bus-Systeme verlagert wird. Parallel zu der Entwicklung der Konzepte für neue optoelektronische Bus-Systeme verlief die Entwicklung neuer mikro-optischer Bauelemente, die zum Aufbau der optoelektronischen Bus-Systeme benötigt werden (Übersicht in [2]). Hier sind zu nennen
Die bislang publizierten und zum Teil bereits eingesetzten optoelektronischen
Bus-Systeme lassen sich grob wie folgt einteilen:
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Eigene Arbeiten und zukünftige Projekte | ||
Die Forschungsgruppe "Optoelektronische Signalverarbeitung" des Fachgebiets
Nachrichtentechnik bearbeitete seit Gründung der Gruppe im Jahr 1984 neben
den Projekten "Integrierbare optoelektronische Filter", "Optoelektronische
Pre-Prozessoren" und "Optisch gesteuerte Mikrowellenfilter" Projekte zur
schnellen optoelektronischen Datenverarbeitung, und zwar zum Teil unter
der Förderung durch die Industrie, durch die DFG, durch die Siemens AG
(im Rahmen des BMFT-Forschungsvorhabens "GaAs-Photonik) und durch das Ministerium
für Wissenschaft und Forschung des Landes NRW.
Angeregt durch die massiven Fortschritte, die ganz besonders bei der
Weiterentwicklung der integrierten vertikal emittierenden Laser [3] erzielt
werden konnten, sollen in der Forschungsgruppe "Optoelektronische Signalverarbeitung"
in allernächster Zeit die Arbeiten an optoelektronischen Breitband-Bus-Systemen
wiederaufgenommen werden. Als Basis dieser zukünftigen Arbeiten dienen
die im Fachgebiet Nachrichtentechnik bereits entwickelten optoelektronischen
Breitband-Bus-Systeme. Zu nennen sind hier
Die geplante Weiterentwicklung des OPPS-Busses wird unter folgenden
Zielsetzungen durchgeführt:
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Literatur | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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