Photonische Prozessoren, die mit Licht statt Elektronen arbeiten, könnten eine energiesparende Alternative zu herkömmlichen Chips darstellen. Diese Technologie erzeugt keine elektrischen Verluste und somit auch keine Abwärme. Das Stuttgarter Startup Q.ANT entwickelt eine photonische Native Processing Unit (NPU) für KI-Anwendungen und komplexe Simulationen, die auf einer PCI-Express-Karte sitzt. Diese NPU ist kompatibel mit bestehenden Server-Systemen und bietet laut Unternehmen eine mindestens 30-mal höhere Energieeffizienz und signifikante Verbesserungen der Rechengeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlicher CMOS-Technologie.
Tests und Simulationen zur Bilderkennung zeigen, dass die NPU von Q.ANT Modelle schneller trainieren kann und mit weniger Parametern bessere Ergebnisse erzielt. Sie ermöglicht auch schnellere Lösungen für partielle Differentialgleichungen in Physiksimulationen, vereinfacht die Zeitreihenanalyse und verbessert die Effizienz bei der Lösung von Problemen der Graphentheorie. Wissenschaftliche Veröffentlichungen, die diese Behauptungen unterstützen, sind bisher nicht verfügbar.
Im Gegensatz zu anderen Unternehmen, die Siliziumoxid als optisches Material verwenden, setzt Q.ANT auf einen dünnen Film aus Lithiumniobat. Lithiumniobat ist für die Photonik interessant, da sich seine optischen Eigenschaften durch elektrische Spannung schnell verändern lassen. Diese Eigenschaft nutzt Q.ANT, um zu steuern, wie zwei Lichtpulse in den „Interaktionszonen“ des Chips verknüpft werden. Diese Zonen funktionieren ähnlich wie Mach-Zehnder-Interferometer, in denen Licht auf zwei optischen Wegen läuft und am Ausgang wieder zusammengeführt wird.
Durch elektrooptische Modulatoren kann der Brechungsindex und damit die Geschwindigkeit, mit der sich das Licht entlang der beiden Wege ausbreitet, gezielt verändert werden. So können die Positionen von Wellenbergen und Wellentälern gegeneinander verschoben werden. Wenn das Licht beider Arme überlagert wird, interferieren die Strahlen konstruktiv oder destruktiv miteinander. Diese Strukturen lassen sich zu neuronalen Netzen verknüpfen, wie im Q.ANT NPU-Demosystem in der Cloud zu sehen ist.
Michael Förtsch, CEO von Q.ANT, erklärt, dass Silizium gut für den Bau von Transistoren geeignet ist, aber nicht für optische Anwendungen. Daher hat Q.ANT eine Pilotlinie in Stuttgart aufgebaut, um Chips aus Dünnschicht-Lithiumniobat zu produzieren. Das Unternehmen hat die volle Kontrolle über den Produktionsprozess und kann alle drei Monate eine neue Generation von Chips herstellen. Dies zeigt, dass es möglich ist, in Deutschland im Bereich der Logikchips Fortschritte zu erzielen.
Photonische Chips könnten eine wichtige Rolle in der Zukunft der KI spielen, da der Energiebedarf für KI-Datenzentren bis 2030 voraussichtlich stark ansteigen wird. Diese Technologie könnte helfen, den Energieverbrauch zu senken und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit zu erhöhen.