China preist den neuen Meteor-1-Chip als Antwort auf die Exportbeschränkungen der USA und von Nvidia an

Chinesische Wissenschaftler haben „Meteor-1“ vorgestellt, den ersten hochparallelen optischen Computerchip des Landes, was einen wichtigen Fortschritt bei der Nutzung lichtbasierter Hardware zur Bewältigung enormer paralleler Arbeitslasten darstellt.

US-amerikanischer Technologie löst Exportbeschränkungen . Chinesische Medien berichten, dass dies voraussichtlich zu einer Hardwarebeschleunigung für KI und Rechenzentren führen wird, die derzeit mit steigendem Rechenbedarf zu kämpfen haben.

Chinas neuer Chip konkurriert mit Nvidias leistungsstärkster GPU

Das Gerät wurde von Teams des Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) und der Nanyang Technological University entwickelt und soll eine theoretische Spitzenleistung von 2.560 TOPS (Teraoperationen pro Sekunde) bei einem optischen Takt von 50 GHz aufweisen.

Damit liegt sie in der gleichen Liga wie Nvidias Top-GPUs und bietet eine selbstentwickelte Lösung zur Beschleunigung von KI- und Rechenzentrumsaufgaben angesichts des rasant steigenden Rechenbedarfs und der US- Chipbeschränkungen.

Historisch gesehen konzentrierten sich die Bemühungen im Bereich des optischen Rechnens auf die Vergrößerung der Dimensionen der internen Matrix, die die Berechnungen durchführt.

Größere Matrizen ermöglichen theoretisch die parallele Verarbeitung von mehr Daten, in der Praxis stoßen sie jedoch auf technische Beschränkungen, komplexe Chip-Layouts, den Bedarf an extremer Präzision bei der Wellenleiterausrichtung und prohibitive Herstellungskosten.

Laut der South China Morning Post (SCMP) haben die Bemühungen von TSMC und akademischen Gruppen wie Caltech in Laborumgebungen vielversprechende Ergebnisse gezeigt, aber es ist ihnen schwergefallen, diese Prototypen in marktfähige Lösungen umzusetzen.

Eine weitere Strategie besteht darin, die Schwingungsfrequenz des Lichts selbst zu erhöhen. Höhere optische Frequenzen ermöglichen zwar schnellere Berechnungen, verstärken aber auch Signalverluste, verschlimmern das thermische Rauschen und erhöhen die Anforderungen an die Bauteiltoleranzen.

Bislang ist es keinem Team gelungen, sowohl große Matrixskalen als auch ultraschnelle Optiken in einem System zu vereinen, ohne dabei auf gravierende Kompromissgrenzen zu stoßen, die die Leistungsfähigkeit in der Praxis beeinträchtigen.

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

Meteor-1 verfolgt einen anderen Ansatz: Anstatt einzelne Komponenten zu vergrößern, wird die Anzahl der gleichzeitig ausgeführten Aufgaben vervielfacht. Die am 17. Juni in eLight veröffentlichte Studie von Xie Peng, Han Xilin und Hu Guangwei beschreibt, wie der Chip über 100 verschiedene Frequenzkanäle in einer einzigen photonischen Plattform integriert.

Durch diesen Parallelismus hoher Ordnung wird eine hundertfache oder noch größere Steigerung der „optischen Rechenleistung“ ermöglicht, ohne die Grundfläche des Chips zu vergrößern. Dies ebnet den Weg für die Entwicklung von lichtbetriebenen Prozessoren der nächsten Generation.

Da die US-Exportbeschränkungen den Import von Nvidias RTX 4090 (1.321 TOPS) und RTX 5090 (3.352 TOPS) aus China faktisch unmöglich machen, befindet sich das Meteor-1-Projekt an einem kritischen Punkt.

KonventionelletronHalbleiter stoßen an fundamentale Grenzen wie Wärmeableitung, Quantentunnelung und unhaltbar hohen Energieverbrauch. Optische Chips umgehen viele dieser Hürden und bieten ultrahohe Geschwindigkeit, große Bandbreite, reduzierten Energieverbrauch und minimale Latenz.

Die Architektur des Meteor-1 ist eine Eigenentwicklung. Seine integrierte Lichtquelle nutzt einen optischen Frequenzkamm mit Mikroresonator, der ein Spektrum von über 80 nm abdeckt und mehr als 200 Wellenlängen umfasst. Diese Innovation ersetzt effektiv Hunderte von Einzellasern und reduziert so Systemkomplexität, Leistungsbedarf und Kosten erheblich.

Der zentrale Rechenchip bietet eine Übertragungsbandbreite von über 40 nm und ermöglicht so latenzarme, massiv parallele Operationen. In Kombination mit einer speziell entwickelten Treiberplatine mit über 256 Kanälen für präzise Signalmodulation führte das System in Benchmark-Tests mehr als 100 simultane Aufgaben mit einem 50-GHz-Takt aus und erreichte dabei 2.560 TOPS.

Han Xilin erklärte gegenüber DeepTech, dass Meteor-1 in puncto Kosten-Nutzen-Verhältnis bald mittronGPUs konkurrieren könnte. Der leitende Forscher Xie Peng, ein promovierter Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT), der anschließend in Oxford und an der Northern Tennessee University (NTU) forschte, führt den rasanten Fortschritt auf die modulare Teamstruktur des SIOM unter der Schirmherrschaft der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zurück.

„Jedes kritische Teilsystem hatte seinen eigenen Experten, wodurch wir in bemerkenswert kurzer Zeit Innovationen über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg integrieren konnten – von der Grundlagenforschung bis zur Systemmontage.“

~ Han Xilin.

Mit Blick auf die Zukunft ist die Gruppe überzeugt, dass ihr auf Parallelverarbeitung basierendes DesigntronChips hinsichtlich Effizienz, Stromverbrauch und Latenz übertreffen und so den unstillbaren Rechenbedarf der KI decken und gleichzeitig neuartige Anwendungen in der Echtzeit-Datenanalyse, autonomen Systemen und wissenschaftlichen Modellierung hervorbringen könnte.