Photonischer KI-Rechner geht in Betrieb

Künstliche Intelligenz treibt den Rechenbedarf in die Höhe – und bringt selbst Höchstleistungsrechenzentren ans Limit: Stromverbrauch, Hitze und Platz werden zum Problem. Gelöst werden kann die technische Hürde mithilfe photonischer Prozessoren. Ein deutsches Unternehmen ist hier führend unterwegs.

Das Stuttgarter Unternehmen Q.ant GmbH hat vor wenigen Tagen seinen Native Processing Server (NPS) an das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) ausgeliefert. Es handelt sich dabei um die weltweit erste Inbetriebnahme eines photonischen Co-Prozessors in einer Höchstleistungsrechnerumgebung (HPC). Das ist hochinteressant, weil die heutigen, transistorbasierten Serversysteme zunehmend an ihre physikalischen Grenzen stoßen. Die Leistung der traditionellen Chip‑Technologie (CMOS) stagniert und der benötigte Strombedarf ist kaum noch zu decken. Die Internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, dass der Energieverbrauch von Rechenzentren bis 2026 den gesamten jährlichen Stromverbrauch Japans übersteigen.

Das LRZ will deshalb evaluieren, wie sich die photonische Beschleunigung auf künstliche Intelligenz (KI) und Simulationen auswirkt. Ziel ist es, eine deutlich höhere Rechenleistung bei erheblich reduziertem Energieverbrauch zu erreichen.

100-fache Leistung

Im LRZ wird jetzt unter Beweis gestellt, dass der notwendige Fortschritt absehbar erreicht werden kann. "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", erklärt Markus Blume, Bayerischer Staatsminister für Wissenschaft und Kunst. Der Einsatz photonischer Prozessoren soll KI- und Simulations-Workloads kräftig beschleunigen und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck massiv verringern. "Mit diesem Praxiseinsatz kommen wir unserem Ziel entscheidend näher, energieeffiziente Infrastrukturen für Supercomputing und KI zu etablieren“, sagt Prof. Dr. Dieter Kranzlmüller, Vorsitzender des Direktoriums des LRZ.

Chips ohne Wärmeabstrahlung

Auf den photonischen Chips des Stuttgarter Unternehmens Q.ant entsteht keine Wärme, wodurch kostspielige Kühlmaßnahmen entfallen. Mithilfe der besonderen Eigenschaften des Lichts lassen sich komplexe Berechnungen auf dem photonischen Prozessor schneller und energieeffizienter erledigen. Die photonische Technologie von Q.ant ermöglicht neuartige Server-Rack-Lösungen, die mit 90-fach geringerem Stromverbrauch pro Anwendung arbeiten. Die Rechenzentrumskapazität wächst dabei durch eine höhere Rechendichte und erhöhte Rechengeschwindigkeit. Die Technik bietet eine 16-Bit-Gleitkommagenauigkeit mit nahezu 100-prozentiger Genauigkeit für alle Rechenoperationen auf dem Chip. Durch eine PCIe-Schnittstelle, x86-Kompatibilität sowie Unterstützung von PyTorch, TensorFlow und Keras kann die Technologie in vorhandene Rechenzentren integriert werden.

Photonic Computing etabliert sich in der Computerarchitektur

Für Q.ant zeichnet sich eine spannende Roadmap ab: "Unsere Zusammenarbeit mit dem LRZ markiert einen entscheidenden Meilenstein: Erstmals in der Geschichte betreiben wir photonische Prozessoren in einem Höchstleistungsrechenzentrum mit realen Aufgaben. Damit zeigen wir, dass lichtbasierte Prozessoren den Weg aus der Forschung in die reale Anwendung gefunden haben", sagt Q.ant-Gründer und CEO Dr. Michael Förtsch. "Dies ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg, Photonic Computing bis 2030 in den Mainstream der Computerarchitektur der nächsten Generation zu integrieren."

Innerhalb von fünf Jahren hat Q.ant den weltweit ersten kommerziellen Photonik‑Prozessor für KI‑ und HPC‑Workloads entwickelt, der komplexe KI‑Operationen wesentlich schneller ausführt und dabei erhebliche Energiemengen einspart. Eingebettet in die Standard‑Serverlösung "Q.ant Native Processing Server" lässt er sich als Plug‑in‑Coprozessor in aktuelle Rechenzentren integrieren. Bereits erste Praxistests versprechen eine bis zu 30‑fache Energieeffizienz, eine 50‑fache Leistungssteigerung und das Potenzial, die Kapazität von Rechenzentren um das 100‑Fache zu erhöhen –ohne den Einsatz komplexer, aktiver Kühlsysteme.

Finanzierungsrunde bringt 62 Millionen Euro

Neben politischer Unterstützung war hier auch Investorenmut gefragt. Der existiert: Q.ant hat kürzlich 62 Millionen Euro in einer Serie‑A‑Finanzierungsrunde eingeworben, um die Markteinführung seiner photonischen Prozessoren für Künstliche Intelligenz (KI) und Hochleistungsrechner (HPC) zu beschleunigen. Die Finanzierungsrunde wurde von Cherry Ventures, UVC Partners und imec.xpand angeführt. Q.ant wurde 2018 von Michael Förtsch als Spin‑off des deutschen Maschinenbaukonzerns Trumpf gegründet und entwickelt die lichtbasierten Prozessoren seitdem eigenständig.

CRN-Newsletter beziehen und Archiv nutzen - kostenlos: Jetzt bei der CRN Community anmelden