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Die rasante Entwicklung datenintensiver Anwendungen wie Künstlicher Intelligenz (KI), Maschinellem Lernen und Hochleistungsrechnen erfordert innovative Netzwerklösungen mit hoher Bandbreite, geringer Latenz und Energieeffizienz. Optical Circuit Switching (OCS) ist die ideale Lösung, um diese Anforderungen in Rechenzentren und KI-Clustern zu erfüllen. Um die Einführung zu beschleunigen und eine nahtlose Integration in moderne Netzwerkarchitekturen zu gewährleisten, hat die OCP-Community das OCS-Unterprojekt innerhalb des OCP Networking Project ins Leben gerufen.
Die Mission des OCS-Teilprojekts ist die Standardisierung und Weiterentwicklung der optischen Leitungsvermittlung als offene, skalierbare und effiziente Lösung für die Vernetzung der nächsten Generation. Durch die Erstellung offener Spezifikationen, die Integration von OCS in Software-Defined Networking (SDN) und die Förderung der Interoperabilität wollen wir das volle Potenzial von OCS für Rechenzentren, KI-Cluster und mehr erschließen – im Einklang mit der OCP-Vision von Offenheit, Skalierbarkeit, Effizienz und Community-getriebener Innovation.
Die Branche verlangt nach optischer Schaltkreisvermittlungstechnologie (OCS)
Die Open Compute Project Foundation (OCP), die gemeinnützige Organisation, die Hyperscale-Innovationen für alle zugänglich macht, gab die Gründung eines neuen Unterprojekts für Optical Circuit Switching (OCS) bekannt. Das OCS-Unterprojekt wird die Zusammenarbeit offener OCS-Technologien erleichtern, um den steigenden Konnektivitätsanforderungen nach hoher Bandbreite, geringer Latenz und Energieeffizienz in datenintensiven Anwendungen wie künstlicher Intelligenz gerecht zu werden. Die gemeinsame Leitung übernehmen Freiwillige der OCP-Mitglieder iPronics und Lumentum. Zu den ersten Teilnehmern zählen Coherent, Google, Lumotive, Microsoft, nEye, NVIDIA, Oriole Networks und POLATIS (HUBER+SUHNER).
„Im Gegensatz zu herkömmlichen elektrischen Switches nutzt OCS die Photonik-Technologie zur optischen Datenweiterleitung, wodurch der Stromverbrauch reduziert und die Zuverlässigkeit für große KI-Workloads erhöht wird. Da KI-Cluster skaliert werden, um den Rechenleistungsanforderungen generativer KI und großer Sprachmodelle (LLM) gerecht zu werden, bietet OCS eine skalierbare und nachhaltige Lösung für den erforderlichen enormen Datendurchsatz. Sie gewährleistet eine nahtlose Integration mit allen Netzwerkprotokollen und eignet sich gleichzeitig für dieselben softwaredefinierten Netzwerk-APIs und Management-Frameworks“, sagte Peter Roorda, General Manager für Switching bei Lumentum.
„KI-Rechenzentren und moderne Infrastrukturen nutzen einen Mix aus elektronischen und hybriden optoelektronischen Verbindungen, angepasst an unterschiedliche Arbeitslasten und Regionen. Die Erweiterung dieses Werkzeugkastens um kompakte, schnell rekonfigurierbare optische Schaltkreisschalter optimiert die Ressourcen, steigert die Leistung und senkt die Kosten. Das Open Compute Project bietet eine einzigartige Chance, den Zugang zu demokratisieren und die Entwicklung offener, skalierbarer Lösungen voranzutreiben, die den sich entwickelnden Marktanforderungen gerecht werden und die Zukunft der Computertechnik prägen“, sagte Daniel Pérez-López, Mitgründer und CTO von iPronics.
„Google nutzt die Optical Circuit Switching (OCS)-Technologie in seinen Rechenzentren im Rahmen seiner Jupiter/AI-Netzwerkarchitekturen im Rahmen seiner Initiative Project Apollo in großem Umfang in seinen TPU-Systemen, um eine überragende Leistung und niedrigere Gesamtbetriebskosten zu erzielen. Google freut sich über die Zusammenarbeit mit Branchenexperten im Bereich OCP, um Softwareschnittstellen (aufbauend auf gNMI, gNOI, gNSI und OpenConfig) zu definieren, die eine weitere interoperable Skalierung der OCS-Technologie im gesamten Ökosystem ermöglichen“, sagte Ryohei Urata, Principal Engineer bei Google Cloud.
Das OCS-Teilprojekt wird erstmals auf dem OCP APAC Summit vom 5. bis 6. August 2025 in Taipeh, Taiwan, vorgestellt. Dies geschieht im Breakout-Track „Optical Communication Networks“, der gemeinsam von OCP und dem IOWN Global Forum organisiert wird.
„Die Mitglieder des IOWN Global Forum freuen sich sehr über die Gründung des OCP OCS-Unterprojekts. Eine optische Infrastruktur ermöglicht nicht nur eine hohe Bandbreite, geringe Latenz und energieeffiziente Datenübertragung, sondern verlängert auch deren Lebensdauer und trägt zur Nachhaltigkeit bei. Um dies zu erreichen, ist ein starkes Ökosystem aus Produktimplementierern, Softwareentwicklern und Anwendern erforderlich. OCP wird uns beim Aufbau eines solchen Ökosystems ein starker Partner sein“, sagte Masahisa Kawashima, Vorsitzender der Technology WG des IOWN Global Forum.
(a) Optisches Leitungsvermittlungsnetz (OCS). (b) Elektronisches Paketvermittlungsnetz (z. B. Ethernet).
Anwendung der optischen Schaltkreisvermittlungstechnik
Photonik wird als Alternative für KI-Rechenzentren gesehen. Infolgedessen gibt es in diesem Bereich eine Menge Innovationen, da Unternehmen von großen Anbietern bis hin zu zukunftsorientierten Start-ups nach Möglichkeiten suchen, diese auszubauen. Hier sind ein paar interessante Beispiele.
Ende März kündigte iPronics die Markteinführung von ONE-32 an, angeblich das erste optische Leitungsvermittlungsprodukt (OCS) auf Basis von Siliziumphotonik. Optische Leitungsvermittlung nutzt optische Signale, um direkte Kommunikationspfade zwischen Endpunkten herzustellen, wodurch die Notwendigkeit von optisch-elektrisch-optischen Konvertierungen entfällt und Latenz und Stromverbrauch reduziert werden. Laut
iPronics nutzt ONE-32 eine CMOS-Siliziumphotonik-Plattform (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) und senkt den Stromverbrauch des Switches um bis zu 50 %. Christian Dupont, CEO von iPronics, sagte, ONE-32 „entfalte das volle Potenzial optischer Netzwerke für Rechenzentren“.
In derselben Woche gab Lumentum bekannt, dass sein R300 OCS von „mehreren Hyperscale-Kunden“ getestet werde. Der R300 basiert auf optischer MEMS-Schalttechnologie (mikroelektromechanische Systeme). Das Unternehmen gibt an, dass das Produkt sein „breites Portfolio an innovativen photonischen Lösungen ergänzt, die die Skalierbarkeit von KI-Rechenzentren erhöhen“.
NVIDIA hingegen sagt, dass es „Neuland betritt“, indem es Siliziumphotonik direkt in seine integrierten Schaltkreise NVIDIA Quantum und Spectrum integriert. Die Siliziumphotonik-Schaltsysteme des Unternehmens, sogenannte Co-Packaged Silicon Photonics, bieten einen 3,5-mal geringeren Stromverbrauch, geringere Latenz und eine „drastisch“ verbesserte Netzwerkausfallsicherheit im Vergleich zu herkömmlicheren steckbaren optischen Transceivern. „Dies ist der Beginn einer neuen Ära, in der Effizienz auf Leistung trifft, KI-Durchbrüche beschleunigt und die Rechenzentrumslandschaft für kommende Generationen neu gestaltet“, schrieb das Unternehmen in einer Vision, die mit den laufenden Branchendiskussionen zur Siliziumherstellung übereinstimmt, einschließlich eines bevorstehenden Vortrags bei Microelectronics UK am 24. und 25. September 2025, bei dem Experten diese neuen Möglichkeiten ausführlich untersuchen werden.
Am selben Tag wie die Veröffentlichung von iPronics machte Lightmatter zwei Ankündigungen. Das Unternehmen kündigte die Veröffentlichung von Passage M1000 und L200 an. Letzterer wurde für XPUs der nächsten Generation – eine Verarbeitungseinheit mit verschiedenen Architekturen – und Switches entwickelt und soll die wesentlichen Elemente der Co-Packaged Optics liefern, d. h. die Integration von Optik und Elektronik, um den Stromverbrauch in Datennetzwerken zu senken und die Bandbreite zu erhöhen.
„Die Vernetzung von KI-Rechenzentren steht vor wachsenden Herausforderungen hinsichtlich Bandbreite und Stromverbrauch“, sagte Andrew Schmitt, Gründer und leitender Analyst bei Cignal AI. „Co-Packaged Optics – die direkte Integration von Optiken in XPUs und Switches – ist die unausweichliche Lösung.“
Ende März kündigte iPronics die Markteinführung von ONE-32 an, angeblich das erste optische Leitungsvermittlungsprodukt (OCS) auf Basis von Siliziumphotonik. Optische Leitungsvermittlung nutzt optische Signale, um direkte Kommunikationspfade zwischen Endpunkten herzustellen, wodurch die Notwendigkeit von optisch-elektrisch-optischen Konvertierungen entfällt und Latenz und Stromverbrauch reduziert werden. Laut
iPronics nutzt ONE-32 eine CMOS-Siliziumphotonik-Plattform (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) und senkt den Stromverbrauch des Switches um bis zu 50 %. Christian Dupont, CEO von iPronics, sagte, ONE-32 „entfalte das volle Potenzial optischer Netzwerke für Rechenzentren“.
In derselben Woche gab Lumentum bekannt, dass sein R300 OCS von „mehreren Hyperscale-Kunden“ getestet werde. Der R300 basiert auf optischer MEMS-Schalttechnologie (mikroelektromechanische Systeme). Das Unternehmen gibt an, dass das Produkt sein „breites Portfolio an innovativen photonischen Lösungen ergänzt, die die Skalierbarkeit von KI-Rechenzentren erhöhen“.
NVIDIA hingegen sagt, dass es „Neuland betritt“, indem es Siliziumphotonik direkt in seine integrierten Schaltkreise NVIDIA Quantum und Spectrum integriert. Die Siliziumphotonik-Schaltsysteme des Unternehmens, sogenannte Co-Packaged Silicon Photonics, bieten einen 3,5-mal geringeren Stromverbrauch, geringere Latenz und eine „drastisch“ verbesserte Netzwerkausfallsicherheit im Vergleich zu herkömmlicheren steckbaren optischen Transceivern. „Dies ist der Beginn einer neuen Ära, in der Effizienz auf Leistung trifft, KI-Durchbrüche beschleunigt und die Rechenzentrumslandschaft für kommende Generationen neu gestaltet“, schrieb das Unternehmen in einer Vision, die mit den laufenden Branchendiskussionen zur Siliziumherstellung übereinstimmt, einschließlich eines bevorstehenden Vortrags bei Microelectronics UK am 24. und 25. September 2025, bei dem Experten diese neuen Möglichkeiten ausführlich untersuchen werden.
Am selben Tag wie die Veröffentlichung von iPronics machte Lightmatter zwei Ankündigungen. Das Unternehmen kündigte die Veröffentlichung von Passage M1000 und L200 an. Letzterer wurde für XPUs der nächsten Generation – eine Verarbeitungseinheit mit verschiedenen Architekturen – und Switches entwickelt und soll die wesentlichen Elemente der Co-Packaged Optics liefern, d. h. die Integration von Optik und Elektronik, um den Stromverbrauch in Datennetzwerken zu senken und die Bandbreite zu erhöhen.
„Die Vernetzung von KI-Rechenzentren steht vor wachsenden Herausforderungen hinsichtlich Bandbreite und Stromverbrauch“, sagte Andrew Schmitt, Gründer und leitender Analyst bei Cignal AI. „Co-Packaged Optics – die direkte Integration von Optiken in XPUs und Switches – ist die unausweichliche Lösung.“
Beziehungen von OCS zu konventionellen Techniken
Kernkomponenten von OCS
Optische Schalter: Optische Schalter bilden das Rückgrat von OCS. Sie sind Geräte, die optische Signale von einem Port zum anderen leiten können, ohne sie in elektrische Signale umzuwandeln. Es gibt verschiedene Arten von optischen Schaltern, darunter MEMS-Schalter (Micro-Electro-Mechanical Systems) , Flüssigkristallschalter und thermooptische Schalter. Jeder Typ hat seine eigenen Vorteile und wird basierend auf den spezifischen Anforderungen des Netzwerks ausgewählt.
Wellenlängenmultiplex (WDM): WDM ist eine Technik, mit der mehrere optische Signale durch die Nutzung unterschiedlicher Lichtwellenlängen auf eine einzige Glasfaser gemultiplext werden. Dies ermöglicht die gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme über eine einzige Glasfaser und erhöht so die Netzwerkkapazität erheblich.
Optische Verstärker: Optische Verstärker verstärken die Signalstärke optischer Signale auf ihrem Weg durch das Netzwerk. Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Signalintegrität über große Entfernungen und stellt sicher, dass die Daten ihr Ziel ohne Qualitätsverlust erreichen.
Fibermart konzentriert sich auf die Erforschung, Entwicklung, Konstruktion und Herstellung von Glasfaser-Konnektivitätsprodukten und -diensten für private Einrichtungen, Unternehmen, Carrier, ISPs und Netzwerkanbieter. Wir setzen auf hohe Leistung und Innovation und halten mit der Entwicklung Schritt, um den neuesten technischen und Hardware-Support zu bieten.
Vorteile von OCS
Geringe Latenz: Durch die Eliminierung von OEO-Konvertierungen reduziert OCS die mit der Datenübertragung verbundene Latenz und ist daher ideal für Anwendungen, die eine Echtzeit-Datenverarbeitung erfordern.
Hohe Bandbreite: OCS kann Datenströme mit hoher Bandbreite effizient verarbeiten und eignet sich daher für Anwendungen wie Video-Streaming, Cloud-Computing und Rechenzentrumsverbindungen.
Energieeffizienz: OCS verbraucht im Vergleich zur elektronischen Schaltung weniger Strom, da stromhungrige OEO-Umbauten entfallen. Dies macht es zu einer umweltfreundlichen Option für Netzbetreiber.
Skalierbarkeit: OCS-Netzwerke lassen sich durch Hinzufügen weiterer optischer Switches und Glasfasern problemlos an den steigenden Datenverkehr anpassen. Diese Skalierbarkeit ist unerlässlich, um den wachsenden Anforderungen moderner Netzwerke gerecht zu werden.
Zusammenfassung
Optical Circuit Switching (OCS) ist eine revolutionäre Technologie, die die Leistung und Effizienz optischer Netzwerke verbessert. Durch die dynamische Neukonfiguration optischer Schaltkreise reduziert OCS die Latenz, spart Energie und unterstützt die Datenübertragung mit hoher Bandbreite. Da die Nachfrage nach schnelleren und effizienteren Netzwerken weiter steigt, wird OCS die Zukunft der Telekommunikation entscheidend mitgestalten.
(Quellen vom Open Computer Project, MICROELECTRONICS UK, organisiert von Fibermart, Fiber-Mart.com)
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