Künstliche Intelligenz fordert immer mehr Leistung bei den großen Rechenzentren. So braucht eine Anfrage bei Chat-GPT etwa 10-mal so viel Strom, als eine einfache Anfrage bei Google.
Das Startup Qant aus Stuttgart verspricht hier Hilfe. Qant hat bereits im Februar mit dem Aufbau einer Fertigungsanlage für photonische Computerchips begonnen. Im Leibniz-Rechenzentrum in Garching bei München soll die Technologie nun erstmals in ein großes Computernetzwerk integriert werden.
Das versprechen die neuen photonischen Chips
Das Besondere: Die Chips rechnen nicht mit Strom, sondern mit Licht. Sie sind dadurch viel schneller und verbrauchen viel weniger Energie als herkömmliche Prozessoren, verspricht der Hersteller.
Bisher galt die Technologie als fehleranfälliger als die strombetriebenen Chips. Dieses Problem will das Stuttgarter Unternehmen nun gelöst haben. Schon in zwei Jahren sollen die ersten Photonischen Chips auf den Markt kommen.
Mit diesem Trick rechnen die Chip schneller
Einer der Vorteile der photonischen Chips besteht darin, dass sie eine große Zahl von Rechenoperationen gleichzeitig durchführen können. Der Trick: Die Chips können auf derselben Infrastruktur mit unterschiedlichen Wellenlängen - also mit verschiedenen Farben - verschiedene Rechnungen parallel durchführen. Unter anderem deshalb sind die Chips so schnell.
Ein weiterer Vorteil: Die Chips rechnen nicht digital – also nicht mit Einsen und Nullen, sondern analog. Dabei verändern sich Größen kontinuierlich und machen keine digitalen Sprünge - genauso wie in der Natur. Solche Vorgänge lassen sich dann auch am besten analog berechnen - ohne Umweg über das binäre System.
Schon seit Jahrzehnten haben Forschende versucht, diese der Natur angemessene Rechentechnik zu verwirklichen. Michael Förtsch, einer der Geschäftsführer des Stuttgarter Chipherstellers Qant, hält seine photonischen Chips für einen Durchbruch.
„Das ist uns jetzt weltweit zum ersten Mal gelungen, dass wir ein solches Rechenelement, das die von uns aufgestellten Gleichungen der Natur direkt berechnen kann, realisiert haben und Ergebnisse in einer Qualität erzeugen, wie sie die Welt noch nicht gesehen hat.“
Rechnen mit Licht spart Energie
Neben ihrer schnelleren Arbeitsweise, sparen die Photonenchips auch noch Energie: „Strom muss immer über den Chip geschoben werden, das heißt, ich lege eine Spannung an und arbeite gegen einen Widerstand. Licht gleitet einfach über den Chip. Das braucht weniger Energie“, erklärt Michael Förtsch.
Und weil das Licht nicht gegen einen Widerstand arbeiten muss, entstehe auch keine Hitze, also keine Abwärme. So bräuchten die Chips von Qant keine Kühlung. Das spare eine Menge Energie.
Neue Chips in alten Systemen? Kein Problem!
Die Firma Quant profitiert von dem enormen Drang zur Miniaturisierung der Schaltpläne auf den herkömmlichen Computerchips, die mit Strom arbeiten. Durch diese Miniaturisierung wurde die Leistung in die Höhe geschraubt aber die ganze Herstellung auch sehr empfindlich und teuer.
Photonische Chips brauchen diese winzigen Strukturen nicht. So kommt Qant günstig an gebrauchte, eigentlich schon veraltete Fertigungstechnik: „Diese Fertigungsanlagen waren Stand der Technik in den Neunzigern in der digitalen Elektronik. Und weil Licht auf diesen großen Strukturen leben kann, können wir diese Fertigungsstätten, wie sie in Deutschland und überall auf der Welt existieren, umrüsten, um sie dann zu den Produktionsstätten für unsre Hochleistungschips der Zukunft zu machen“, so Michael Förtsch.
Photonische Chips sind noch fehleranfällig
Paralleles Rechnen, das schnelle Schalten mit Licht, geringer Energieverbrauch: Auch Engjell Bebeti, der am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle zum Thema Photonik promoviert, schätzt dieses Potenzial der photonischen Chips als hoch ein. Er weiß aber auch, dass Forschende schon seit vielen Jahren an der analogen Rechentechnik mit Licht arbeiten und bisher nicht zu befriedigenden Ergebnissen gekommen sind.
Das liegt vor allem an einer gewissen Ungenauigkeit beim analogen Rechnen, sagt Bebeti: „Beim analogen Rechnen gibt es im Gegensatz zum digitalen immer Messfehler. Und diese summieren sich auf, je mehr Komponenten man ins System eingibt.“
Es geht um die Skalierbarkeit. Bei einzelnen Chips sind kleine Fehler bei vielen Aufgaben zu vernachlässigen. Aber funktioniert die Technik auch im großen Maßstab, wenn tausende dieser Prozessoren in Rechenzentren zusammenarbeiten sollen?
„Fehler auf industriemäßig kleines Niveau gedrückt“
Laut Michael Förtsch habe Qant dieses Problem gelöst: „Uns ist es durch den Einsatz unserer Chiptechnik gelungen, den Fehler auf ein industriemäßig kleines Niveau zu drücken und damit sind wir voll anschlussfähig an die existierende Technologie.“
Schon in zwei Jahren will Quant die ersten Chips auf den Markt bringen. Spätestens dann wird sich zeigen, ob dem Stuttgarter Startup Qant tatsächlich der Durchbruch beim analogen photonischen Rechnen gelungen ist.
