Chinesische Wissenschaftler haben einen revolutionären Schritt in der Technologie vollzogen, indem sie den weltweit ersten integrierten Chip für ultra-hochparallele optische Berechnungen entwickelt haben. Dieser neuartige Chip zeichnet sich durch eine theoretische Spitzenrechenleistung von über 2560 TOPS aus und arbeitet mit einer optischen Taktrate von 50 GHz. Diese bemerkenswerte Leistung wird derzeit mit den fortschrittlichen GPU-Chips von NVIDIA verglichen.

Diese Errungenschaft ist das Ergebnis der Forschungsarbeit des Shanghai Instituts für Optik und Feinmechanik (SIOM), das zur Chinesischen Akademie der Wissenschaften gehört. Das Team hat eine innovative photonische Rechenarchitektur konzipiert, die die Leistungsfähigkeit des Chips erheblich steigert.

Ein wesentlicher Aspekt dieser Innovation ist die Verwendung von Soliton-Mikrocomb-Quellen, die mehr als 100 Wellenlängenkanäle bereitstellen. Diese Technologie ermöglicht eine neuartige Informationsverarbeitung auf dem Chip, bei der über 100 separate Lichtwellenlängen zur gleichzeitigen Datenverarbeitung genutzt werden.

Xie Peng, ein Forscher am SIOM, erklärt, dass das Team durch den Einsatz von über 100-Wellenlängen-Multiplexing eine hochdichte parallele Informationsverarbeitung erreicht hat, die die Möglichkeiten herkömmlicher optischer Datenverarbeitung deutlich übertrifft.

Im Unterschied zur traditionellen optischen Datenverarbeitung, die mit einer einzigen Wellenlänge arbeitet, ermöglicht dieser ultra-parallele Ansatz eine bis zu 100-fache Steigerung der Rechenleistung, ohne dass die Chipgröße oder -frequenz verändert werden müssen.

Han Xilin, ein Ingenieur am SIOM, veranschaulicht dies mit der Metapher einer einspurigen Straße, die zu einer Autobahn umgebaut wird, die in der Lage ist, hunderte Fahrzeuge gleichzeitig zu transportieren, was den Durchsatz erheblich erhöht.

Der Einsatz von optischem Rechnen hat das Potenzial, die Rechendichte und -leistung signifikant zu steigern, insbesondere in Bereichen wie künstlicher Intelligenz und Rechenzentren. Diese neue Architektur bietet zudem vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten.

Ein besonderes Augenmerk gilt den Einsatzmöglichkeiten in der verkörperten Intelligenz, neuronalen Netzwerken, physikalischen Simulationen und Bildverarbeitung. Die latenzarmen Eigenschaften des photonischen Rechnens machen diese Technologie ideal für Edge-Geräte, die hohe Anforderungen an die Latenz haben.

Die Studie und die Ergebnisse des Forschungsteams wurden kürzlich in der Zeitschrift eLight veröffentlicht, wo die Errungenschaft unter dem Titel "Paralleloptische Berechnungen, die 100-Wellenlängen-Multiplexing ermöglichen" vorgestellt wird.