Neuer Schub für die Datenautobahn
ETH Spin-off setzt auf ein neues Material, das elektrische Signale effizient in optische umwandelt
Weltweit werden immer grössere Datenmengen hin und her geschickt. Damit dies weiterhin reibungslos funktioniert, braucht es an den Schnittstellen zwischen Chips und Lichtleitern neue Lösungen. Der ETH Spin-off Lumiphase setzt dazu auf ein neues Material, das elektrische Signale effizient in optische umwandelt.
Im Testlabor wird überprüft, wie gut die Chips von Lumiphase die elektrischen Signale in optische umwandeln können.
Lumiphase
Es ist ein unscheinbares Bürogebäude am Dorfrand von Kilchberg (ZH), irgendwo zwischen Autobahn und Gartenbaufirma, in dem wir Felix Eltes zum Gespräch treffen. Auch im Inneren des Hauses lässt zunächst wenig darauf schliessen, dass hier eine Firma eingemietet ist, die der Computerindustrie neuen Schub verleihen will. Ein funktionelles Grossraumbüro mit einer Vielzahl von Computerarbeitsplätzen, ein einfaches Sitzungszimmer mit einem übergrossen Screen für Videokonferenzen, ein kleines, halb gefülltes Labor, das auf den ersten Blick wie ein Bastelraum anmutet – das ist, etwas salopp gesagt, das Reich des ETH Spin-offs Lumiphase, das Eltes zusammen mit Stefan Abel, Lukas Czornomaz und Jean Fompeyrine im Frühjahr 2020 gegründet hat.
Doch der erste Eindruck täuscht. Das inzwischen 17-köpfige Team um die vier Firmengründer hat Grosses vor: Die junge Firma entwickelt Bauteile, dank denen die Daten zwischen grossen Rechenzentren künftig wesentlich schneller und effizienter hin und her geschickt werden können.
Flaschenhals im Datenverkehr
Das ist auch dringend nötig: Denn in der heutigen digitalen Welt gibt es eine wichtige Schnittstelle, die immer mehr zum Sorgenkind wird. Die Daten, die in den elektronischen Chips der Computer verarbeitet und gespeichert werden, werden zwischen den Rechnern über Lichtleiter ausgetauscht. Das elektrische Signal muss also irgendwann in ein optisches umgewandelt werden und danach zurück in ein elektrisches.
Genau diese Schnittstelle wird zunehmend zum kritischen Engpass, hängt doch die Geschwindigkeit, mit der die Daten ausgetauscht werden können, unter anderem davon ab, wie effizient die Signalumwandlung erfolgt. Für den privaten Gebrauch mögen die heutigen Technologien ausreichend sein; die wenigsten Nutzer schöpfen zuhause eine Bandbreite von einem Gigabit pro Sekunde (1 Gb/s) oder mehr wirklich aus. Doch im kommerziellen Bereich, wo grosse Datenmengen verarbeitet werden müssen, reichen diese Übertragungsraten längst nicht mehr aus. 400 Gb/s entwickelt sich heute zum Standard in diesem Bereich. Und angesichts der rasant wachsenden Datenmengen ist absehbar, dass auch diese Leistung bald nicht mehr genügen wird.
Weltweiter Wettbewerb
Die Umwandlung der elektrischen Signale in optische geschieht heute mit Hilfe von vergleichsweise grossen Bauteilen, die viel Energie benötigen. Deshalb suchen Forschende weltweit fieberhaft nach neuen Wegen, wie man Optik und Elektronik möglichst effizient miteinander verbinden könnte.
Die Gründer von Lumiphase sind überzeugt, dass sie in diesem Wettbewerb sehr gute Karten in den Händen halten. «Wir haben einen vielversprechenden Ansatz entwickelt», erklärt Eltes. Kernstück der neuen Technologie ist ein spezielles Material, das Forschende von IBM Research in Rüschlikon und der ETH Zürich in den letzten Jahren gemeinsam entwickelt haben: Bariumtitanat. Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften kann man mit diesem Kristall viel kleinere und energiesparsamere Chips bauen, welche die Daten zudem effizienter umwandeln. Denn Bariumtitanat verbindet auf ideale Weise Eigenschaften, die es in der optischen und in der elektrischen Welt braucht.
Jahrelange Forschung
Eltes selbst befasst sich bereits seit mehreren Jahren mit dem neuen Hoffnungsträger. Nachdem er im Laufe seines Studiums an der schwedischen Universität Lund ein Austauschsemester in Zürich absolviert hatte, wechselte er für seine Masterarbeit ans IBM-Forschungszentrum in Rüschlikon. Seine wissenschaftliche Karriere setzte er anschliessend mit einem Doktorat bei Manfred Fiebig, Professor für Multifunktionale Ferroische Materialien an der ETH Zürich, fort. Dafür erhielt er 2020 die ETH-Medaille für hervorragende Doktorarbeiten.
Der Wechsel von seinem Heimatland Schweden in die Schweiz sei ihm nicht besonders schwergefallen, meint Eltes. «Es gibt viele Gemeinsamkeiten zwischen den beiden Ländern.» Was ihm hier einzig etwas fehle, sei das Meer. Er sei an der Westküste Schwedens aufgewachsen und habe immer in Küstennähe gelebt. «Und natürlich die Wildnis und Weite der schwedischen Wälder», ergänzt er lachend. Die Schweiz komme ihm ziemlich überbevölkert vor. «Wenn man von Zürich nach Genf fährt, sieht man ständig Häuser. Wenn man von Stockholm nach Göteborg fährt, sieht man meistens nur Wildnis vor dem Zugfenster durchziehen.»
Anspruchsvolle Skalierung
In Kilchberg arbeitet das Team von Lumiphase nun an der Kommerzialisierung der neuen Technologie. «Im Labor zu zeigen, dass man mit unserem Material Signale effizient umwandeln kann, ist das eine», stellt Eltes fest. «Doch damit kostengünstige Chips in grosser Stückzahl herzustellen, ist eine ganz andere Geschichte.» Eltes ist zuversichtlich, dass dieser grosse Schritt gelingen wird, auch wenn ihm klar ist, dass der Aufbau einer neuen Firma mit vielen Unsicherheiten behaftet ist. «Wir bewegen uns in einem dynamischen Markt, in dem sich die Dinge laufend ändern.» Für ihn als jungen Forscher, der eben sein Doktorat abgeschlossen habe, sei das persönliche Risiko der Firmengründung überschaubar. «Meine Mitgründer haben allerdings alle eine permanente Stelle bei IBM aufgegeben, um Lumiphase zu starten. Das zeigt, wie motiviert und überzeugt wir von unserer Technologie und Geschäftsidee sind.»
Enge Zusammenarbeit mit der Forschung
Bei potenziellen Industriepartnern seien sie mit ihrem Vorhaben bisher auf reges Interesse gestossen. «Der Bedarf nach neuen Lösungen ist riesig», meint Eltes. Dass der neue Ansatz tatsächlich vielversprechend ist, zeigt sich auch daran, dass die junge Firma dieses Jahr mit wichtigen Schweizer Startup-Preisen ausgezeichnet wurde, unter anderem mit dem W.A. de Vigier Award für Jungunternehmer und beim Start-up-Wettbewerb Venture. «Diese Preise sind eine Bestätigung, dass wir auf einem gutem Weg sind», sagt Eltes.
Zeit, sich auf den Lorbeeren auszuruhen, hat das Unternehmen nicht. Es braucht noch einiges an Entwicklungsarbeit, bis der Durchbruch gelingt. «Wir wollen ein marktfähiges Produkt liefern, wenn der neue Industriestandard eingeführt wird. Dafür arbeiten wir eng mit Kunden zusammen», erklärt Eltes. Die Messlatte für den Datendurchsatz wird dann höher liegen: nicht mehr bei 400 Gb/s, sondern bei 800 Gb/s. Auf dem Weg dorthin profitiert das Jungunternehmen weiterhin von der engen Zusammenarbeit mit IBM Research, wo Lumiphase die hochspezialisierte Forschungsinfrastruktur nutzen kann. «Wir bauen zudem unsere eigenen Labors ständig aus», erklärt Eltes. «Im Moment testen wir in diesen vor allem die Zuverlässigkeit unserer neuen Chips.»
Für sie sei es ein Glücksfall, dass es in Zürich zwei hochkarätige Forschungsinstitutionen gibt, mit denen die Firma zusammenarbeiten kann. «Dieses Umfeld hilft uns auch, qualifizierte neue Mitarbeitende zu finden», meint der Jungunternehmer. «Wir suchen Leute, die sehr spezifische Kenntnisse mitbringen. Und bisher ist es uns gut gelungen, genau die richtigen Fachkräfte für unser Vorhaben zu gewinnen.»
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