de.wedoany.com-Bericht: Das in Shanghai ansässige Unternehmen für optisches Rechnen, Guangbenwei Technology, hat gemeinsam mit Dongfang Tiansuan die Entwicklung der weltweit ersten weltraumgestützten optischen Rechennutzlast für Satelliten gestartet. Ziel ist es, die optische Rechentechnologie erstmals in einem ingenieurtechnischen Weltraumszenario einzusetzen.
Der Wettlauf um Rechenleistung im Weltraum wird zunehmend intensiver. Elon Musk prognostiziert, dass bis 2032 solarbetriebene KI-Satelliten im Weltraum zur kostengünstigsten Rechenlösung weltweit werden könnten. Jensen Huang, CEO von Nvidia, wies im März dieses Jahres ebenfalls darauf hin, dass überall dort, wo Daten generiert werden, Intelligenz vorhanden sein müsse. Die Weltraumberechnung steht jedoch vor erheblichen technischen Herausforderungen: In der Vakuumumgebung ist die Wärmeableitung von Chips schwierig, und hochenergetische Partikelstrahlung kann leicht zu Rechenfehlern führen.
Guangbenwei Technology versucht, diese Probleme mit optischer Rechentechnologie zu umgehen. Das Unternehmen ist der Ansicht, dass optisches Rechnen Photonen als Informationsträger nutzt. Da Photonen keine elektrische Ladung tragen, sind sie von Natur aus unempfindlich gegenüber hochenergetischer Partikelstrahlung und benötigen keinen speziellen Strahlenschutz. Wenn Licht zur Berechnung durch Wellenleiter propagiert, entsteht nahezu keine Wärme, und die statische Verlustleistung geht theoretisch gegen Null. Diese Eigenschaften sind hervorragend mit den Randbedingungen von Satelliten vereinbar, die unter Energiebeschränkungen und schwieriger Wärmeableitung leiden. Darüber hinaus sind bei gleichem Nutzlastgewicht die für optische Rechenchips erforderlichen Kühlstrukturen und Energiesysteme leichter und kleiner, sodass mehr Rechenleistung untergebracht werden kann.
Pu Huanan, stellvertretender Direktor des Forschungsinstituts von Guangbenwei Technology, erklärte, dass die Leistungssteigerung elektrischer Rechenchips seit langem von der Verkleinerung der Fertigungsstrukturen abhängt. Wenn der Abstand zwischen den Transistorgittern auf ein bestimmtes Maß schrumpft, führt der Quantentunneleffekt zu Leckströmen und Rechenfehlern. Optische Rechenchips sind nicht auf fortschrittliche, von EUV-Lithografie dominierte Fertigungsprozesse angewiesen. Bestehende Prozesse ab 45 nm oder sogar submikrometrische Prozesse reichen für die Herstellung aus. Die Steigerung der Rechenleistung erfolgt durch die Vergrößerung des optischen Rechenmaßstabs und die Nutzung mehrerer Multiplex-Dimensionen wie Wellenlänge und Polarisation von Photonen, während Wärmeentwicklung und Stromverbrauch stabil bleiben können.
Guangbenwei Technology ist derzeit das einzige Unternehmen weltweit, das gleichzeitig photonisches In-Memory-Computing und optisches Rechnen auf Glasbasis realisiert hat. Photonisches In-Memory-Computing ermöglicht es, die Parameter großer Modelle direkt im Chip zu speichern, wodurch häufige Datenübertragungen entfallen und die Rechenlatenz auf ein Zehntel herkömmlicher optischer Rechenlösungen reduziert wird. Basierend auf dieser technologischen Route hat das Unternehmen den weltweit leistungsdichtesten optischen Rechenchip entwickelt, der bereits mehrfach tape-out-validiert wurde und produktionsreife Anwendungen erreicht hat. Das Unternehmen brachte im letzten Jahr die erste Generation einer optoelektronischen Hybrid-Rechenkarte auf den Markt und setzte sie in einem speziellen großen Finanzmodell ein. Die zweite Generation soll noch in diesem Jahr vorgestellt werden.
Vom Boden in den Weltraum – Pu Huanan ist der Ansicht, dass das optische Rechnen noch die Hürde der technischen Umsetzung überwinden muss. Die starken Vibrationen während der Raketenstartphase stellen eine Herausforderung für die strukturelle Stabilität der Chipverpackung dar. Nach dem Eintritt in die Umlaufbahn müssen systemweite Verifikationen der Energieversorgung, der Wärmekontrolle und der Kommunikation durchgeführt werden. Die Arbeitsteilung zwischen den beiden Parteien ist klar: Dongfang Tiansuan leitet den gesamten Prozess der Nutzlastentwicklung, der räumlichen Strahlungshärtung, der Wärmekontrolle, der Energieanpassung und der In-Orbit-Verifikation; Guangbenwei Technology liefert die Architektur der optischen Rechenchips, die Rechen-Engine und die Software-Ökosystem-Unterstützung. Die derzeit gemeinsam entwickelte optische Rechennutzlast verwendet eine optoelektronische Hybrid-Rechenkarte mit einer Rechenleistung von bereits 300 Billionen Operationen pro Sekunde (TOPS) pro Karte, die INT8- und FP8-Mehrfachpräzisions-Inferenz unterstützt. Es wurden bereits In-Orbit-Umwelttests zur Verifikation durchgeführt.
Guangbenwei Technology gibt an, dass sein Ziel der Aufbau eines vollständigen optischen Rechensystems ist – von Materialien über Verpackung bis hin zu optischen Chips, elektrischen Chips, von Rechenknoten über Knotenverbindungen bis hin zum vollständigen Software-Stack. Das Unternehmen möchte seinen Kunden flexible, auf den tatsächlichen Bedarf zugeschnittene Lösungen für optisches Rechnen, optische Vernetzung und optische Übertragung anbieten. Dieser Weg ähnelt der Logik von Nvidia, die von einzelnen GPUs zu Cluster-Level-Lösungen führte, unterscheidet sich jedoch in der zugrunde liegenden Technologieroute.
Die Branche der weltraumgestützten Datenverarbeitung befindet sich derzeit noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium. In den Bereichen Technologieverifikation, Systemintegration und großflächiger Bereitstellung gibt es noch zahlreiche technische Herausforderungen zu bewältigen. Die begrenzte Energieversorgung von Satellitenplattformen, der Iterationszyklus von Weltraumchips und der kostengünstige Massenzugang zur Umlaufbahn sind Hürden, die die weltraumgestützte Datenverarbeitung von Experimenten zur Kommerzialisierung überwinden muss. Die Wahl der Technologieroute für Rechenchips und -systeme wird die Leistungsgrenzen zukünftiger Rechenleistungs-Konstellationen bestimmen.
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