Durch die Inbetriebnahme des photonischen Q.ANT Native Processing Servers (NPS) im Leibniz-Rechenzentrum in Garching realisiert Deutschland bundesweit erstmals die Beschleunigung von Hochleistungsrechnern mittels Lichtsignalen. Das vom BMFTR geförderte Projekt unter Einbindung von Politik, Wissenschaft und Industrie bietet eine bis zu hundertfach gesteigerte Rechenleistung bei 90 Prozent weniger Energieverbrauch. Ohne aktive Kühlung und geräuschlos ermöglicht die analoge Photonik, KI- und Simulationsaufgaben energieeffizient zu beschleunigen und so nachhaltige Hochleistungsrechner zukunftsfähig zu gestalten.
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Photonischer Co-Prozessor von Q.ANT erstmals offiziell im LRZ integriert
Dr. Michael Förtsch (links) und Dieter Kranzlmüller (2. von rechts) (Foto: Q.ANT GmbH)
Mit der Integration des photonischen Native Processing Server (NPS) von Q.ANT in die HPC-Infrastruktur des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) in Garching wird weltweit erstmals ein photonic Co-Prozessor in einem Supercomputing-Umfeld eingesetzt. Dieses technologische Novum ermöglicht dem LRZ, die Effizienz und Leistungsfähigkeit photonischer Beschleunigungssysteme bei anspruchsvollen KI-Aufgaben, aufwendigen Simulationen sowie wissenschaftlichen Rechenprozessen zu messen und detaillierte Benchmarks zu erstellen. So entstehen Grundlagen für künftige hybride HPC-Architekturen unter realen Betriebsbedingungen nachhaltig und energieeffizient geprüft.
LRZ installiert mehrere Q.ANT NPS-Einheiten, benchmarkt KI und Simulationen
Im Rahmen der ersten Evaluierungsphase integriert das Leibniz-Rechenzentrum mehrere Q.ANT NPS-Einheiten und erstellt Benchmarks mit Fokus auf KI-Inferenz, Computer Vision und physikalische Simulationen. Die photonische Beschleunigung soll insbesondere anspruchsvolle Klimamodelle, medizinische Echtzeitbildgebung sowie Materialanalysen für Fusionsforschungsprojekte signifikant beschleunigen. Gleichzeitig reduziert sich durch den energieeffizienten Photonikansatz der ökologische Fußabdruck der Recheninfrastruktur, da Strombedarf und Kühlaufwand im Vergleich zu konventionellen Lösungen deutlich sinken. Die gewonnenen Daten dienen zudem der Optimierung zukünftiger Hybridarchitekturen.
Photonische Lichtprozessoren bieten nun hundertfach höhere Rechengeschwindigkeit pro Rack
Photonische Prozessoren nutzen Lichtsignale zur Datenverarbeitung und bieten dadurch eine bis zu hundertfach höhere Rechengeschwindigkeit pro Rack als herkömmliche digitale Systeme. Durch den Wegfall konventioneller Kühlsysteme reduziert sich der Energiebedarf um bis zu neunzig Prozent, was signifikante Betriebskostensenkungen ermöglicht. Gleichzeitig gewährleistet der 16-Bit-Gleitkommabetrieb eine Präzision von nahezu hundert Prozent bei sämtlichen Berechnungen, wodurch auch anspruchsvollste Anwendungen in KI, Simulation und wissenschaftlicher Datenanalyse effizient und zuverlässig ausgeführt werden können. Skalierbarkeit Performancelevel.
Photonische Chips eliminieren Kühlbedarf, erhöhen Dichte und senken Betriebskosten
Der Native Processing Server (NPS) von Q.ANT (Foto: Q.ANT GmbH)
Im Gegensatz zu traditionellen CPUs erzeugen die photonischen Q.ANT-Chips praktisch keine Abwärme, wodurch der teure Einsatz kommerzieller Kühlanlagen entfällt. Dank ihrer geringen Wärmeentwicklung benötigen Racks keine zusätzlichen Lüfter oder Flüssigkeitskühlkreisläufe mehr. Der Native Processing Server im kompakten Gehäuseformat passt mühelos in Standard-19-Zoll-Schränke und schafft freien Platz für zusätzliche Module. Dies reduziert die Betriebskosten erheblich und erhöht gleichzeitig die Serverdichte, wodurch Rechenzentren effizienter und kostengünstiger betrieben werden können.
Photonischer Co-Prozessor Q.ANT NPS per PCIe in x86-Umgebungen integrierbar
Der Q.ANT Native Processing Server (NPS) integriert sich über eine standardmäßige PCIe-Schnittstelle nahtlos in x86-basierte Systeme und bietet damit eine unkomplizierte Einbindung in bestehende IT-Infrastrukturen. Durch die native Unterstützung populärer KI-Frameworks wie PyTorch, TensorFlow und Keras können Entwicklerinnen und Entwickler ihre Modelle ohne aufwändige Anpassungen auf die photonische Architektur übertragen. Dies ermöglicht eine sofortige Nutzung der photonischen Beschleunigung, wodurch rechenintensive Aufgaben deutlich effizienter und schneller ausgeführt werden und zugleich energieschonend.
LRZ erforscht hybride digitale und analoge Rechenarchitekturen für Energieeffizienz
Die Kooperation zielt darauf ab, hybride Architekturen zu erforschen, die digitale und analoge Rechenprozesse für künftige Hochleistungsrechner miteinander kombinieren. Durch die Integration des photonischen Native Processing Servers am Leibniz-Rechenzentrum gewinnt das Team neue Erkenntnisse zu analogen Computing-Ansätzen. Dabei werden praxisorientierte Anwendungen entwickelt, die energieeffiziente Supercomputer der nächsten Generation realistisch abbilden. Ziel ist es, die Leistungsfähigkeit zu steigern und den ökologischen Fußabdruck durch innovative Technologien im HPC-Bereich nachhaltig zu verringern helfen.
Bundesministerium fördert Vorzeigeprojekt: Staat, Wirtschaft und Wissenschaft im Schulterschluss
In diesem vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten Vorhaben vereinen sich wissenschaftliche Einrichtungen, industrieller Mittelstand und staatliche Förderprogramme zu einer beispielhaften Kooperation. Ministerin Dorothee Bär und Staatsminister Markus Blume betonten im offiziellen Rahmen, wie dieser Erfolgsgipfel deutsche Technologieführerschaft eindrucksvoll demonstriert. Gleichzeitig markiere das Projekt einen wesentlichen Impuls für die nationale Hightech-Agenda, indem es wegweisende Forschungsergebnisse unmittelbar in wirtschaftliche Wertschöpfung überführt. Es fördert interdisziplinäre Netzwerke sowie gesellschaftlichen Fortschritt.
Photonischer Co-Prozessor im LRZ steigert HPC-Leistung mit minimalem Energieeinsatz
Die Einführung des photonischen Co-Prozessors von Q.ANT in das Leibniz-Rechenzentrum zeigt anschaulich, wie moderne Höchstleistungsrechner komplexe KI-Workloads und rechenintensive HPC-Anwendungen effizient bewältigen. Die Technologie erreicht bis zu hundertmal höhere Rechengeschwindigkeiten pro Rack bei gleichzeitig bis zu 90 Prozent geringerem Stromverbrauch. Dank analoger Photonik entfällt aufwändige Kühlung, wodurch der Betrieb kompakter wird. Diese Lösung eröffnet eine skalierbare Infrastruktur Post-CMOS-Zeitalter. Gleichzeitig stärkt dieser Meilenstein die technologische Führungsrolle Deutschlands in der globalen HPC-Forschung.
