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Mit Photonen und Elektronen zu höheren Datenübertragungen und mehr Energieeffizienz

by Redaktion

Rechenzentren für die Datenverarbeitung und -speicherung sind besonders energieintensiv. Die wachsende Nachfrage nach generativer Künstlicher Intelligenz lässt die Datenmenge und damit die Rechenpower enorm steigen. Mit photonischen Ansätzen lassen sich diese Arbeitslasten energieeffizienter bewältigen. Ein Lösungsansatz: Photonische Prozessoren, die auf die parallele Verarbeitung großer Datenmengen ausgelegt sind.

Künstliche Intelligenz (KI) ist mittlerweile in allen Lebensbereichen angekommen. Der Einsatz dieser Technologie nimmt weiter zu und damit explodieren die Datenmengen – der Strombedarf in Rechenzentren steigt. Der VDE, Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik, sieht darin eine enorme Herausforderung für die Zukunft. 

„Im Sinne der digitalen Souveränität sowie der wirtschaftlichen Resilienz müssen sensible Daten und Anwendungen sicher und verlässlich gespeichert und verarbeitet werden“, sagt Dr. Damian Dudek, Geschäftsführer der Informationstechnischen Gesellschaft im VDE (VDE ITG). Sowohl das Training der KI-Systeme als auch der Betrieb erfordern hohe Mengen an Energie. Stellt ein User eine Anfrage an ChatGPT, verbraucht er schätzungsweise drei bis neun Wattstunden. Würden alle der neun Milliarden täglichen Suchanfragen von KI beantwortet, ist mit einem erhöhten Stromverbrauch um den Faktor 30 zu rechnen. 

Wie lässt sich das Problem lösen? Erforderlich sind künftig Datenkanäle, die Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 400 Gigabit pro Sekunde über eine einzige Laserwellenlänge in einem Glasfaserkabel unterstützen. Um diese Datenübertragungsraten energieeffizienter zu verarbeiten, müssen Alternativen für konventionelle integrierte Digitalschaltungen beispielsweise durch integrierte Silizium-Photonik-Elektronik-Schaltungen, sogenannte PICs (Photonic Integrated Circuits), angegangen werden. 

Denn: Durch den Einsatz integrierter Photonik könnte in Rechenzentren die Energieaufnahme verringert werden. Zudem lassen sich Daten in dem hochfrequenten Spektrum des Lichts in höheren Bandbreiten übertragen. Weiterhin sind Verluste durch Wärmeableitung in photonischen Schaltungen geringer, was zu einer höheren Energieeffizienz führt. Denn PICs erzeugen weniger Wärme als elektrische Komponenten und entlasten damit das Kühlsystem. „Photonische Technologien könnten eine Schlüsselrolle dabei spielen, den Energiebedarf von Rechenzentren zu senken und gleichzeitig die wachsenden Anforderungen an Geschwindigkeit und Rechenleistung zu erfüllen“, sagt Dr. Matthias Wirth, Projektmanager Innovation beim VDE. „Vor allem im Umfeld der Hochleistungscomputer kommt die integrierte Photonik immer häufiger zum Einsatz. Wir erwarten, dass diese Lösungen in naher Zukunft zum Industriestandard werden.“

Text: VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.

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