Im Leibniz-Rechenzentrum Garching wurde der weltweit erste photonische Co-Prozessor von Q.ANT als Native Processing Server installiert und markiert einen Meilenstein in der HPC-Entwicklung. Das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderte Vorhaben erlaubt bis zu hundertmal höhere Rechenleistung pro Rack bei 90 Prozent geringerem Energiebedarf, ohne aufwendige Kühlung. Dank analoger Photonik arbeiten Systeme lautlos und präzise, wodurch KI- und Simulationsanwendungen erheblich energieeffizienter umgesetzt werden können und eröffnen neue Perspektiven.
Inhaltsverzeichnis: Das erwartet Sie in diesem Artikel
LRZ nutzt erstmals photonische Co-Prozessoren von Q.ANT für HPC
Dr. Michael Förtsch (links) und Dieter Kranzlmüller (2. von rechts) (Foto: Q.ANT GmbH)
Der Native Processing Server (NPS) von Q.ANT wurde als erster photonischer Co-Prozessor weltweit in die Supercomputing-Infrastruktur des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) in Garching integriert. Im Rahmen des Pilotprojekts analysiert das LRZ die Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und den Energiebedarf photonischer Rechenarchitekturen unter realen Bedingungen. Dazu gehören KI-Inferenz, Computer Vision und komplexe Physiksimulationen. Die gewonnenen Daten dienen als Basis für belastbare Benchmarks und die Realisierung zukünftiger energieeffizienter HPC-Systeme und unterstützen die Entwicklung hybrider Digital-Analog-Architekturen nachhaltig.
Photonische Beschleunigung beschleunigt Klimamodelle, Medizinsimulationen und Materialforschung deutlich energieeffizient
Für die erste Evaluierungsphase installiert das LRZ mehrere photonische Q.ANT Native Processing Server und führt umfangreiche Leistungstests bei KI-Inferenz, Computer Vision und Physiksimulationen durch. Ziel ist es, Rechenzeiten für komplexe Klimamodelle, Echtzeit-Medizinscans und Materialuntersuchungen in der Fusionsforschung drastisch zu reduzieren. Gleichzeitig ermöglicht der energiearme Photonik-Ansatz eine deutliche Senkung des ökologischen Fußabdrucks, da auf aufwendige Kühlsysteme verzichtet wird und der Stromverbrauch spürbar sinkt. Die Ergebnisse fließen dynamisch in zukünftige Systemdesigns ein.
Photonische Prozessoren reduzieren Strombedarf um neunzig Prozent ohne Kühlung
Die photonischen Chips arbeiten mit Lichtimpulsen, wodurch sie eine bis zu hundertfache Leistungssteigerung pro Rack im Vergleich zu klassischen digitalen Prozessoren realisieren. Gleichzeitig entfallen energieintensive Kühlsysteme, was den Stromverbrauch um bis zu neunzig Prozent reduziert und damit Betriebskosten drastisch senkt. Dank des 16-Bit-Gleitkommabetriebs erreichen diese Bausteine nahezu hundertprozentige Rechengenauigkeit, sodass komplexe KI-Modelle, hochauflösende Simulationen und wissenschaftliche Analysen effizient, präzise und ressourcenschonend ausgeführt werden können. Kühlungsfreiheit steigert Zuverlässigkeit und Flexibilität. Signifikant.
Q.ANT Photonic Server verzichtet auf Kühlung, optimiert Rackplatz effizient
Der Native Processing Server (NPS) von Q.ANT (Foto: Q.ANT GmbH)
Photonische Prozessoren von Q.ANT wandeln Lichtsignale in Rechenleistung um und produzieren dabei so gut wie keine Wärme. Auf teure und wartungsintensive Kühlsysteme kann vollständig verzichtet werden. Das platzsparende Design des Native Processing Servers fügt sich nahtlos in bereits vorhandene Server-Racks ein und schafft Raum für weitere Hardware-Erweiterungen. Betreiber profitieren von deutlich geringeren Energiekosten und einer höheren Rackdichte, da kein zusätzlicher Platzbedarf für Kühltechnik notwendig ist und die Infrastruktur insgesamt schlanker wird.
Portieren von PyTorch-, TensorFlow- und Keras-Anwendungen per PCIe kinderleicht
Über eine PCIe-Schnittstelle lässt sich der Q.ANT NPS problemlos in bestehende x86-Serverlandschaften einbinden, ohne dass exklusive Hardwaremodifikationen erforderlich sind. Die komplett integrierte Unterstützung für Frameworks wie PyTorch, TensorFlow und Keras ermöglicht es Entwicklerinnen und Entwicklern, ihre KI-Modelle direkt auf die photonische Plattform zu übertragen, ohne zusätzlichen Portierungsaufwand. So profitieren Anwendungen sofort von gesteigerter Datenverarbeitungsgeschwindigkeit, reduziertem Energieverbrauch und einer deutlichen Verbesserung der Rechenleistung im Produktivbetrieb mit minimalem Integrationsaufwand und maximaler Kompatibilität.
Photonischer NPS treibt LRZ-Innovationen hybrider analoger und digitaler Systeme
Im Rahmen der Partnerschaft erprobt das Leibniz-Rechenzentrum hybride Ansätze, bei denen digitale Recheneinheiten und analoge Photonik gemeinsam in zukünftigen Hochleistungsrechnern zum Einsatz kommen. Mit dem photonischen NPS als Co-Prozessor werden analoge Computing-Konzepte praktisch validiert. Dafür werden konkrete Anwendungsbeispiele entwickelt, die energieeffiziente Supercomputer der nächsten Generation demonstrieren. Ziel ist es, durch innovative Technologien die Rechenleistung zu steigern und gleichzeitig den Energieverbrauch nachhaltig drastisch zu senken und neue Perspektiven für die Forschung.
BMFTR-Unterstützung beleuchtet erfolgreiche Kooperation von Staat, Wirtschaft und Forschung
In einer herausragenden Zusammenarbeit zwischen Forschung, Industrie und öffentlicher Hand, finanziert vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR), werden Innovationspotenziale optimal ausgeschöpft. Bundesministerin Dorothee Bär und Bayerns Staatsminister Markus Blume hoben bei der Präsentation hervor, dass das Vorhaben ein exzellentes Beispiel deutscher Technologieführerschaft darstellt und zugleich den Rahmen für eine zukunftsorientierte Hightech-Strategie bildet. Dabei eröffnet es neue Perspektiven für nachhaltiges Wirtschaftswachstum und internationalen Wettbewerbsvorteil. Es stärkt Innovationskraft und Arbeitsplätze.
Q.ANT Native Processing Server liefert nachhaltige Supercomputer-Leistung ohne Kühlung
Mit der Integration des photonischen Co-Prozessors von Q.ANT ins Leibniz-Rechenzentrum demonstriert Deutschland erstmals den Einsatz von Lichtsignalen zur Beschleunigung in HPC-Systemen. Anwender profitieren von bis zu hundertfach gesteigerter Rechenperformance pro Rack bei gleichzeitigem Rückgang des Energieverbrauchs um bis zu 90 Prozent. Da Photonenprozessoren keine Wärme erzeugen, entfallen aufwändige Kühlsysteme. Diese platzsparende Technologie ebnet den Weg zu einer skalierbaren Supercomputer-Infrastruktur im Post-CMOS-Zeitalter. Gleichzeitig wird die Position deutscher Forschungseinrichtungen bei HPC-Entwicklungen gestärkt.
