China preist neuen Meteor-1-Chip als Antwort auf US- und Nvidia-Exportbeschränkungen

Wissenschaftler in China haben „Meteor-1“ vorgestellt, der Berichten zufolge der erste hochparallele optische Computerchip der Nation ist und einen wichtigen Sprung bei der Nutzung von lichtbasierten Hardwarelösungen zur Bewältigung enormer paralleler Arbeitslasten markiert.

Die Initiative kommt, während das Land sich von US-amerikanischer Technologie abwendet, inmitten von Exportbeschränkungen für fortschrittliche KI-Technologie. Die lokalen Medien in China berichteten, dass dies voraussichtlich zu einer Hardware-Beschleunigung für KI und Rechenzentren führen wird, die derzeit mit steigenden Rechenanforderungen zu kämpfen haben.

Chinas neuer Chip konkurriert mit Nvidias Top-GPU

Entworfen von Teams am Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) und der Nanyang Technological University, soll das Gerät eine theoretische Spitzenleistung von 2.560 TOPS (Tera-Operationen pro Sekunde) bei einem optischen Takt von 50 GHz aufweisen.

Das platziert es in der gleichen Liga wie Nvidias Top-GPUs und bietet eine hauseigene Lösung zur Beschleunigung von KI- und Rechenzentrumsaufgaben inmitten explodierender Rechenanforderungen und US-amerikanischer Chip-Restriktionen.

Historisch gesehen konzentrierten sich die Bemühungen um optisches Computing auf die Vergrößerung der Dimensionen der internen Matrix, die Berechnungen durchführt.

Größere Matrizen ermöglichen theoretisch die parallele Verarbeitung mehrerer Daten, stoßen in der Praxis jedoch auf ingenieurtechnische Einschränkungen, komplexe Chip-Layouts, die Notwendigkeit extremer Präzision bei der Wellenleiterausrichtung und unverhältnismäßig hohe Herstellungskosten.

Laut dem South China Morning Post (SCMP) haben die Bemühungen von TSMC und akademischen Gruppen wie dem Caltech in Laborsituationen vielversprechende Ergebnisse gezeigt, aber diese Prototypen haben es schwer gehabt, sich in kommerziell taugliche Lösungen zu übersetzen.

Eine andere Strategie bestand darin, die Oszillationsrate des Lichts selbst zu erhöhen. Höhere optische Frequenzen können schnellere Berechnungen ermöglichen, verstärken jedoch auch Signalverluste, verschärfen thermisches Rauschen und erhöhen die Anforderungen an die Toleranzen der Komponenten.

Bisher hat es keinem Team gelungen, sowohl große Matrixgrößen als auch ultraschnelle Optik in einem System zu kombinieren, ohne auf schwere Kompromissgrenzen zu stoßen, die die Leistung in der realen Welt beeinträchtigen.

Meteor-1 bewältigt komplexe Aufgaben und ist die Antwort auf US-Sanktionen

Meteor-1 schlägt einen anderen Weg ein; statt einzelne Komponenten zu vergrößern, wird die Anzahl der gleichzeitigen Aufgaben multipliziert. Der am 17. Juni in eLight veröffentlichte Artikel von Xie Peng, Han Xilin und Hu Guangwei beschreibt, wie der Chip über 100 verschiedene Frequenzkanäle in einer photonischen Plattform integriert.

Diese hochgradige Parallelität ermöglicht eine hundertfache oder noch höhere Steigerung der „optischen Computilität“, ohne die Größe des Chips zu vergrößern, und bietet einen praktischen Weg für lichtbetriebene Prozessoren der nächsten Generation.

Mit den US-Exportbeschränkungen, die Nvidias RTX 4090 (1.321 TOPS) und RTX 5090 (3.352 TOPS) effektiv aus China verbannen, kommt die Meteor-1-Initiative zu einem kritischen Zeitpunkt.

Konventionelle elektronische Halbleiter stoßen an fundamentale Grenzen: Wärmeableitung, Quantentunneln und nicht nachhaltige Stromaufnahme. Optische Chips umgehen viele dieser Barrieren und bieten ultrahohe Geschwindigkeit, breite Bandbreite, reduzierten Energieverbrauch und minimale Latenz.

Die Architektur von Meteor-1 ist vollständig hauseigen entwickelt. Die On-Chip-Lichtquelle verwendet einen mikrokavitäten-optischen Frequenzkamm, der mehr als 80 nm des Spektrums abdeckt und sich auf über 200 Wellenlängen erstreckt. Diese Innovation ersetzt effektiv Hunderte diskreter Laser und reduziert so die Systemkomplexität, den Strombedarf und die Kosten erheblich.

Der Kernrechen-Die selbst bietet eine Übertragungsbandbreite von über 40 nm und ermöglicht so latenzarme, massiv parallele Operationen. In Kombination mit einer maßgeschneiderten Treiberplatine mit über 256 Kanälen für präzise Signalmodulation führte das System in Benchmark-Tests mehr als 100 gleichzeitige Aufgaben bei einem Takt von 50 GHz aus und erzielte 2.560 TOPS.

Han Xilin teilt DeepTech mit, dass die Kosten-Nutzen-Metriken von Meteor-1 bald mit elektronischen GPUs konkurrieren könnten. Der leitende Forscher Xie Peng, ein Doktorand des Massachusetts Institute of Technology, der später an der Oxford University und der NTU forschte, schreibt den raschen Fortschritt der modularen Teamstruktur des SIOM unter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zu.

„Jedes kritische Subsystem hatte seinen eigenen dedizierten Experten, was es uns ermöglichte, Innovationen in der gesamten Kette von der Grundlagenforschung bis zur Systemmontage in einem bemerkenswert kurzen Zeitraum zu integrieren.“

~ Han Xilin.

In der Zukunft glaubt die Gruppe, dass ihr parallelitätsorientiertes Design die Effizienz, den Stromverbrauch und die Latenz im Vergleich zu elektronischen Chips übertreffen könnte, den unstillbaren Rechenhunger der KI stillen und neue Anwendungen in der Echtzeit-Datenanalyse, autonomen Systemen und wissenschaftlichen Modellierungen hervorbringen könnte.