Turbo für den Computer: Rechnen mit Licht spart Zeit und Energie

Künstliche Intelligenz, komplexe Logistik oder die Steuerung von Energiesystemen stoßen heute oft an Grenzen bei Rechenzeit und Energieverbrauch. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist ein Testsystem für photonisches Rechnen in Betrieb gegangen, das KI und andere rechenintensive Anwendungen deutlich schneller und energieeffizienter machen soll. Um den stetig steigenden Rechenanforderungen bei gleichzeitig begrenztem Energieangebot gerecht zu werden, nutzt die Technologie Licht statt elektrischer Signale, um Informationen zu verarbeiten.

In dem neuen System ergänzen photonische Prozessoren klassische Hochleistungsrechner. Anders als herkömmliche Chips verarbeiten sie Informationen nicht mit elektrischen Strömen, sondern mit Lichtsignalen. Dadurch können sie bestimmte Rechenoperationen besonders effizient ausführen und gelten als vielversprechender Ansatz für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz und andere datenintensive Aufgaben.

Die Forschenden des KIT untersuchen nun, bei welchen Anwendungen die lichtbasierten Prozessoren ihre Stärken am besten ausspielen können und wie sie sich als Beschleuniger in bestehende Recheninfrastrukturen integrieren lassen. „Der Zugang zu photonischen Prozessoren eröffnet uns neue Möglichkeiten, rechenintensive Anwendungen effizienter zu gestalten“, sagt Professor Martin Frank, Direktor des Scientific Computing Center (SCC) des KIT. „Wir kombinieren klassische Rechner, Quantencomputer und lichtbasierte Systeme mit dem Ziel, jede Teilaufgabe auf der jeweils am besten geeigneten Hardware auszuführen.“

Mehr Effizienz durch Kombination der Stärken verschiedener Systeme

„Ein Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf hybriden Lösungsstrategien. Wenn wir komplexe Berechnungen effizient auf die verfügbaren Hardwaretypen aufteilen, kommen wir insgesamt schneller und mit weniger Energie zu Ergebnissen“, ergänzt Professorin Ina Schaefer vom Institut für Informationssicherheit und Verlässlichkeit (KASTEL) des KIT. „Gleichzeitig stellen wir unsere Ergebnisse als Open Source zur Verfügung, damit auch andere Forschende davon profitieren.“

Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt fördert den Aufbau des Testsystems mit rund 4,3 Millionen Euro. Die Hardware wurde im Rahmen des Quantum-Computing-Projekts QuSol beschafft und vom Stuttgarter Unternehmen Q.ANT entwickelt und gefertigt.