China hat einen revolutionären optischen Prozessor vorgestellt: 2560 TOPS bei 50 GHz

Wissenschaftler des Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben die Entwicklung des weltweit ersten optischen Prozessors für ultrahochparallele Berechnungen bekannt gegeben. Die theoretische Leistung des Chips erreicht 2560 Terawatt pro Sekunde (TOPS) bei einer optischen Taktfrequenz von 50 GHz – einer der höchsten Werte in der Branche.

Einzigartige Architektur: 100 parallele Lichtkanäle

Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Prozessoren, die mit einer einzigen Wellenlänge arbeiten, nutzt die chinesische Entwicklung mehr als hundert parallele optische Kanäle. Der Laserstrahl wird mit Hilfe kompakter Ringresonatoren – Soliton-Mikrokämme – in viele spektrale „Zähne” aufgeteilt, von denen jeder seinen eigenen Bitstrom überträgt. Alle Kanäle durchlaufen einen integrierten Schaltkreis, dessen Größe mit einem Fingernagel vergleichbar ist.

Laut Projektleiter Se Pen war es genau diese Technologie, die es ermöglichte, die Miniaturgröße des Chips bei einer drastischen Erhöhung der Durchsatzkapazität und Taktfrequenz beizubehalten.

Eines der Hauptmerkmale des optischen Ansatzes ist das Fehlen der für elektronische Schaltungen typischen resistiven Erwärmung. Dadurch können parallele Kanäle dichter beieinander angeordnet werden, was Energieverluste und das Risiko einer lokalen Überhitzung verringert. Die Entwickler behaupten, dass es ihnen gelungen ist, eine Bandbreite von mehr als 40 nm und geringe Energieverluste bei vollständiger Rekonfigurierbarkeit der Signalweiterleitung zu erreichen.

Neue Horizonte für künstliche Intelligenz

Die Mehrbandstruktur des Chips macht ihn besonders vielversprechend für die Beschleunigung der Arbeit von neuronalen Netzen. KI-Modelle, die riesige Mengen gleichartiger Operationen ausführen, lassen sich leicht auf die Chip-Architektur skalieren, wodurch sie schneller und energieeffizienter arbeiten als bei Verwendung herkömmlicher Grafikprozessoren.

Darüber hinaus macht die geringe Signalverzögerung den Prozessor zur idealen Lösung für Echtzeitaufgaben – vom Hochfrequenzhandel bis zur Steuerung von Drohnen-Schwärmen und intelligenten Peripheriegeräten.

Energieeffiziente Umsetzung von KI-Berechnungen unter Bedingungen hoher Parallelisierung

Neben künstlicher Intelligenz kann der neue optische Prozessor auch für ressourcenintensive Aufgaben wie medizinische Bildgebung, wissenschaftliche Modellierung und Signalverarbeitung eingesetzt werden. Die Forscher betonen, dass diese Technologie den Weg für neue Klassen von Berechnungen ebnet, die aufgrund der thermischen und energetischen Einschränkungen herkömmlicher elektronischer Schaltungen bisher nicht möglich waren.