Ein Start-up aus Stuttgart entwickelt den Superchip

STUTTGART . Das Start-up Qant aus Stuttgart hat mit dem Aufbau einer Fertigungsanlage für photonische Computerchips begonnen. Diese rechnen nicht mit Strom, sondern mit Licht, sind viel schneller und verbrauchen viel weniger Energie als herkömmliche Prozessoren, verspricht das Unternehmen. Schon in zwei Jahren sollen die ersten photonischen Chips auf den Markt kommen.

Photonische Chips nutzen Licht statt Elektrizität für Berechnungen

Qant wurde 2018 aus den Forschungslaboren des Laserspezialisten und Familienunternehmens Trumpf ausgegründet. Jetzt ist das in Stuttgart ansässige Unternehmen angetreten, um mit einer neuartigen Technologie die Chip-Szene aufzumischen. Photonische Chips nutzen Licht statt Elektrizität für Berechnungen. Genauer gesagt sind es Photonen, also elementare Teilchen des Lichts und der elektromagnetischen Strahlung, die masselos sind und sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. „Ein Lichtstrahl kann mehrere Farbfrequenzen gleichzeitig enthalten– und jede dieser Frequenzen kann einen eigenen Datenstrom übertragen“, erklärt Qant-Chef Michael Förtsch. „Wir können auf diese Weise bis zu 1000 mathematische Operationen parallel stattfinden lassen, indem wir sie jeweils auf einen entsprechenden Lichtkanal eincodieren.“

Das Besondere: Licht muss anders als Strom nicht gegen einen Widerstand arbeiten. Damit entsteht auch keine Wärme. Die Qant-Chips verbrauchen daher deutlich weniger Energie, weil die Halbleiter keine Kühlung brauchen. Damit sind sie besonders vorteilhaft für KI-Modelle, physikalische Simulationen und datenintensive Anwendungen in Rechenzentren.

Schon seit vielen Jahren wird weltweit an der analogen Rechentechnik mit Licht geforscht, doch bisher ist kein Durchbruch gelungen. An den glaubt Qant-Chef Förtsch. Mit seinen Chips will er die bisherige Technologie infrage stellen. Zumal er und sein Team von über 100 Beschäftigten aus 21 Nationen schon einen Schritt weiter ist. Zusammen mit Forschern des Instituts für Mikroelektronik Stuttgart (IMS Chips) wird eine erste Fertigungsanlage für die Chips aufgebaut. Qant investiert 14 Millionen Euro in Maschinen und Anlagen. Die Partner wollen damit herausfinden, wie Fertigungsanlagen für die nächste Generation von Höchstleistungschips aussehen können.

„Da KI und datenintensive Anwendungen die konventionelle Halbleitertechnologie an ihre Grenzen bringen, müssen wir die Art und Weise, wie wir das Computing im Kern angehen, neu denken“, sagt Förtsch. Mit der photonischen Datenverarbeitung lasse sich eine exponentiell höhere Energieeffizienz und Rechendichte erreichen, verspricht Förtsch.

So erwarten die Experten bei Qant für KI-Berechnungen in großen Rechenzentren mit ihrem neuartigen Chip nicht nur eine 30-fache Energieeinsparung, sondern auch eine 50-fach schnellere Rechenleistung. Bis die Innovation auf dem Markt ankommt, wird es aber noch dauern. „Unser Ziel ist es, unsere photonischen Prozessoren bis 2030 zu einem skalierbaren und energieeffizienten Eckpfeiler der KI-Infrastruktur zu machen“, sagt Förtsch.

Beim symbolischen Startschuss zum Aufbau der Pilotlinie sprach die baden-württembergische Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut (CDU) von einem Technologiesprung. Die Pilotlinie sei ein entscheidender Schritt, um Deutschlands Führungsrolle in einer wegweisenden Schlüsseltechnologie für das Computing der nächsten Generation voranzutreiben. Die Kooperation von Qant und IMS Chips stärke Deutschlands und Europas Rolle im globalen Computing-Ökosystem und Baden-Württembergs Rolle als Drehscheibe für technologische Innovationen, sagte Hoffmeister-Kraut.

Die Photonik wird den nächsten Sprung der KI ermöglichen

Über 110 Patente hat die Hightechfirma angemeldet. Qant sieht sich international ganz vorne und will globale Wettbewerber wie Samsung, TSMC und Nvidia übertrumpfen. „Die Photonik wird den nächsten Sprung der KI ermöglichen – und zwar nachhaltig“, sagt Förtsch. Als mögliche Anwendungsbereiche sieht Qant etwa das Training von KI-Modellen mit Milliarden von Parametern, physikalische Simulationen, Echtzeitlösungen für partielle Differentialgleichungen sowie mathematische Berechnungen für maschinelles Lernen.

Start-up mit bahnbrechender Technologie

Qant bezeichnet sich selbst als „Deep-Tech-Unternehmen“, also als Start-up, das sich auf die Entwicklung bahnbrechender Technologien konzentriert, die auf technischen Durchbrüchen basieren. Die Stuttgarter leisten Pionierarbeit in der präzisen Erkennung von elektrischen und magnetischen Feldern sowie in der Entwicklung photonischer Prozessoren, die Informationen mit Licht verarbeiten und so neue Effizienzniveaus für KI und High-Performance-Computing erschließen.