Künstliche Intelligenz (KI) treibt den Rechenbedarf in die Höhe und bringt Höchstleistungsrechenzentren ans Limit. Stromverbrauch, Hitze und Platz werden zum Problem. Doch es gibt Abhilfe: Rechnen mit Licht. Der photonische Chip der Q.ANT GmbH aus Stuttgart produziert im Gegensatz zu konventionellen Chips keine Wärme. Damit entfallen teure Kühlmaßnahmen.

Das ist aber eher ein positiver Nebeneffekt des neuartigen Chips. Er wurde entwickelt, weil sich mit den besonderen Eigenschaften des Lichts, mit dem dieser neuartige Chip arbeitet, komplexe Berechnungen schneller und energieeffizienter erledigen lassen. Auf diese Weise können Klimamodellierung, medizinische Echtzeitbildgebung oder Materialsimulation für die Fusionsforschung wesentlich präziser werden.

All das ist jetzt im Leibniz-Rechenzentrum (LRZ), einem Institut der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, in Garching bei München möglich. Dort sind ab sofort in drei Servern photonische Co-Prozessoren in eine Höchstleistungsrechnerumgebung eingebunden. Diese technologisch richtungsweisende Implementierung ermöglicht es dem LRZ, die photonische Beschleunigung für KI und Simulationen zu evaluieren. Das ebnet den Weg zu deutlich höherer Rechenleistung bei erheblich reduziertem Energieverbrauch.

„Photonische Prozessoren bieten einen neuartigen und vielversprechenden Weg, um KI- und Simulationsworkloads zu beschleunigen und gleichzeitig unseren ökologischen Fußabdruck deutlich zu verringern“, sagt Dieter Kranzlmüller, Vorsitzender des LRZ-Direktoriums. Mit diesem Praxiseinsatz komme das LRZ seinem Ziel entscheidend näher, energieeffiziente Infrastrukturen für Supercomputing und KI zu etablieren, so der Professor. „Die Erforschung von Rechenarchitekturen der Zukunft zusammen mit Partnern wie Q.ANT wäre jedoch ohne die kontinuierliche politische Unterstützung, die wir seit Jahren sowohl auf nationaler als auch auf bayerischer Ebene erhalten, nicht möglich“, betont Kranzlmüller.

Bundeswissenschaftsministerin Bär begeistert

Die neue Technologie begeistert auch Bundeswissenschaftsministerin Dorothee Bär (CSU). Sie unterstreicht, dass die Integration des photonischen Prozessors in das LRZ ein beeindruckender Beweis für deutsche Spitzentechnologie und eine Erfolgsgeschichte der deutschen Forschungsförderung sei. „Wir unterstützen bahnbrechende Innovationen, die unsere wissenschaftliche Führungsrolle in der Welt und technologische Souveränität stärken“, so Bär. Mit der Hightech Agenda Deutschland werde der Bund sich noch deutlich stärker für Forschung und Innovation in wichtigen Schlüsseltechnologien einsetzen. „Wie hier in Garching setzen wir dabei auch auf die enge Zusammenarbeit von Forschung und Unternehmen“, erklärt die Bundeswissenschafftsministerin.

„Rechnen mit Licht statt Strom – was lange nach Science-Fiction klang, wird jetzt Wirklichkeit. In Garching ist erstmals weltweit ein photonischer KI-Server im Rechenzentrum im Einsatz: 90 Prozent weniger Energieverbrauch bei 100-facher Leistung. Das zeigt, welches Potenzial in unseren Forschungseinrichtungen steckt – und was möglich ist, wenn Wissenschaft, Wirtschaft und Staat gemeinsam anpacken“, sagt Bayerns Wissenschaftsminister Markus Blume (CSU).

Die photonischen Prozessoren bieten noch einen entscheidenden Vorteil. Weil sie keine Wärme produzieren, können sie wesentlich enger verbaut werden. Das spart Platz in Rechenzentren. „Wärme ist immer ein Zeichen von Ineffizienz“, sagt Q.ANT-Chef Michael Förtsch der Staatszeitung. Es sei wie bei der Glühlampe, die eigentlich Licht und keine Wärme machen soll. Darum könne der neuartige Chip auch dazu beitragen, dass Rechenzentren nicht immer mehr Fläche verbrauchen.
(Ralph Schweinfurth)