Es werde Licht
Wie optische Prozessoren die Computerindustrie nachhaltiger gestalten können
Während andere Kinder Harry Potter oder TKKG lesen, hatte es Michael Kissner vor allem das Programmierbuch Code von Charles Petzold angetan. Schon früh wusste er, dass er eines Tages selbst einen Prozessor bauen möchte, auch wenn er damals nie einen optischen Prozessor im Sinn gehabt hätte. Die Serie Stargate aus den 90er Jahren nahm er nicht für voll: „Dort waren alle Alienprozessoren Kristalle, die mit Licht funktionieren. Was für ein Unsinn.“ Science Fiction eben – bis Microsoft Ende 2019 verkündete, Daten in Quarzglas, einem „Kristall“, gespeichert zu haben. Sofort war die alte Begeisterung entfacht und Michael Kissner, der inzwischen Mathematical Engineering und Mathematische Physik studiert sowie in Künstlicher Intelligenz promoviert hatte, nutzte die Pandemie, um sich nun endlich in seinen Kindheitstraum zu vertiefen.
„In den vergangenen 40 Jahren gab es viele Ansätze für optische Computer“, berichtet Kissner, der zuletzt im Bereich Cybersicherheit tätig war, „die Ansätze waren nur zu sehr von unten nach oben gedacht. Ich habe mir hingegen überlegt: Das muss ein optischer Prozessor können. Und wenn er das können muss, dann muss so der Transistor aussehen und dann brauche ich diese physikalischen Effekte. Dann erst habe ich angefangen, einen optischen Transistor zu suchen, der das erfüllt.“ So ist Kissner auch auf seinen Mitgründer Dr. Leonardo del Bino gestoßen. „Ich habe hunderte Paper über optische Transistor-Designs gelesen. Das, was perfekt passte, war das von Leonardo.“
„Licht interagiert ungern mit Licht. Über Elektronen, die sich gegenseitig abstoßen, ist es deutlich leichter, Daten zu verarbeiten – allerdings gibt es dabei immer hohe Verluste durch Widerstände“, führt Kissner, der erst mit 18 nach Deutschland gezogen und im Iran, in Indonesien und Singapur aufgewachsen ist, leidenschaftlich aus. „Selbst der Mensch nimmt über 80 Prozent aller Informationen mit den Augen auf. Die Informationsdichte ist mit Licht unendlich viel größer.“
„In den vergangenen 40 Jahren gab es viele Ansätze für optische Computer“, berichtet Kissner, der zuletzt im Bereich Cybersicherheit tätig war, „die Ansätze waren nur zu sehr von unten nach oben gedacht. Ich habe mir hingegen überlegt: Das muss ein optischer Prozessor können. Und wenn er das können muss, dann muss so der Transistor aussehen und dann brauche ich diese physikalischen Effekte. Dann erst habe ich angefangen, einen optischen Transistor zu suchen, der das erfüllt.“ So ist Kissner auch auf seinen Mitgründer Dr. Leonardo del Bino gestoßen. „Ich habe hunderte Paper über optische Transistor-Designs gelesen. Das, was perfekt passte, war das von Leonardo.“
„Licht interagiert ungern mit Licht. Über Elektronen, die sich gegenseitig abstoßen, ist es deutlich leichter, Daten zu verarbeiten – allerdings gibt es dabei immer hohe Verluste durch Widerstände“, führt Kissner, der erst mit 18 nach Deutschland gezogen und im Iran, in Indonesien und Singapur aufgewachsen ist, leidenschaftlich aus. „Selbst der Mensch nimmt über 80 Prozent aller Informationen mit den Augen auf. Die Informationsdichte ist mit Licht unendlich viel größer.“
Licht kann gleichzeitig mehrere Wellenlängen transportieren und jeweils einzeln mit Informationen codieren.
Im Kern beruht der Ansatz auf der Idee, optische Nodes als Logikschaltungen zu verwenden. „Die Informationen, die wir verarbeiten, sind in Form von Licht vorhanden. Wir verarbeiten Licht, ohne es zwischendurch in ein elektronisches Signal und wieder zurück umzuwandeln“, schildert der gebürtige Italiener del Bino. „Unser Prozessor lässt sich in jegliche Anwendung integrieren, doch zu Beginn ist er besonders sinnvoll für Geräte, die Informationen in Form von als Licht erhalten und weitergeben, zum Beispiel im Netzwerkbereich bei Routern und Switches.“ Licht effizient zum Interagieren zu animieren, ist der Knackpunkt. In der Theorie klappt das trotzdem – jetzt gilt es, diese in der Praxis auf den Prüfstand zu stellen und Prototypen zu bauen. „Ein Lichtprozessor spart unendlich viel Energie und kann viel schneller viel mehr Daten verarbeiten, wobei es keine Latenz durch die Umwandlung gibt“, erläutert del Bino. Dadurch verringere sich der Strom- und Kühlungsbedarf gegenüber konventionellen Prozessoren enorm.
Umweltfreundlichkeit ist überhaupt ein zentraler Antrieb für die Gründer. So verbrauchen elektronische Prozessoren in der Herstellung immense Mengen ultrareines Wasser zum Durchspülen. Die optische Variante dagegen hat nicht so viele Prozessschritte, ist robuster und benötigt viel weniger Wasser. „Wir wollen eine Alternative anbieten, die nachhaltiger ist, dafür werden wir nicht die kleinsten sein.“ Zudem kann die Technologie in Europa gefertigt werden: „Wir planen Chips in der Größenordnung von 130 Nanometern, dafür gibt es hier bereits zig Fabriken“, berichtet Leonardo del Bino, der spezialisiert ist auf Materialwissenschaften und nichtlineare Photonik.
Umweltfreundlichkeit ist überhaupt ein zentraler Antrieb für die Gründer. So verbrauchen elektronische Prozessoren in der Herstellung immense Mengen ultrareines Wasser zum Durchspülen. Die optische Variante dagegen hat nicht so viele Prozessschritte, ist robuster und benötigt viel weniger Wasser. „Wir wollen eine Alternative anbieten, die nachhaltiger ist, dafür werden wir nicht die kleinsten sein.“ Zudem kann die Technologie in Europa gefertigt werden: „Wir planen Chips in der Größenordnung von 130 Nanometern, dafür gibt es hier bereits zig Fabriken“, berichtet Leonardo del Bino, der spezialisiert ist auf Materialwissenschaften und nichtlineare Photonik.
Das Team von Akhetonics hofft auf ähnliche Bestrebungen in der Start-up-Szene. Im Quanten- und Analog-Bereich gibt es zahlreiche Ansätze für optische Computer. „Da herrscht ein ziemlicher Hype. Digital gehören wir aber zu den wenigen, die versuchen, einen optischen Prozessor zu bauen, dabei sind Kooperationen natürlich immer wünschenswert.“ Michael Kissner lacht: „Was wir machen, ist mehr die Hausmeisterebene und nicht sexy, aber ein digitaler optischer Prozessor ist am vielseitigsten und kann viele Felder abdecken, auch im Bereich KI.“ Die gesamte technische Infrastruktur müsste erst nachziehen: „Aus meiner Sicht ist das der einzig richtige Schritt, weil das meiste, das wir benutzen, ohnehin optisch ist: Netzwerkverkehr, Webcam, Bildschirm, wir haben eine optische Maus, einen Laserdrucker – einfach an allen Ecken und Enden wird Laserlicht benutzt und umgewandelt in Elektronik. Deswegen: Lasst Laserlicht Laserlicht sein und uns alles optisch machen.“
REIN-OPTISCHER HIGH-PERFORMANCE COMPUTER
Im Februar 2024 hat Akhetonics durch seinen weltweit ersten rein-optischen 2-bit CPU Demonstrator erfolgreich die Machbarkeit von rein-optischen Computern gezeigt und befindet sich jetzt auf dem Weg die Welt der Computer zu revolutionieren.
Mehr über Akhetonics: www.akhetonics.com
Im Februar 2024 hat Akhetonics durch seinen weltweit ersten rein-optischen 2-bit CPU Demonstrator erfolgreich die Machbarkeit von rein-optischen Computern gezeigt und befindet sich jetzt auf dem Weg die Welt der Computer zu revolutionieren.
Mehr über Akhetonics: www.akhetonics.com
SPRIND UND AKHETONICS
DARUM ENGAGIEREN WIR UNS
Weil optische Datenverarbeitung hohe Geschwindigkeit und geringen Energieverbrauch verspricht und in vielen Variationen und an extrem vielen Stellen Sinn macht.
Weil der neue Chip hier große Lücken schließen kann.
Weil daher das Einsatzpotential und die Hebelwirkung riesig sind.
Auch weil die Chips in Europa entwickelt, verstanden und gebaut werden können und von hier aus die digitale Welt ein bisschen (energie-)effizienter machen können.
DAS MACHEN WIR KONKRET
Sprunginnovationspotential checken, entdecken, freisetzen. Netzwerke aktivieren, Zugänge schaffen, Türen öffnen.
Wir starten einen Validierungsauftrag, das heißt auch: Wir geben Geld. Mit einem relativ kleinen Betrag helfen wir bereits über die ersten Hürden.
PARTNER FINDEN – SICHTBARKEIT SCHAFFEN
Wir haben Fachexperten, die wissen, was und auch wen man benötigt, um diese Aufgabe zu bewältigen. Wir kennen jemanden, der jemanden kennt.
DAS IST DAS POTENTIAL, DAS WIR SEHEN
Eine digitale Welt, in der mit minimalstem Energieverbrauch riesige Datenmengen überall um uns herum so verarbeitet und genutzt werden, dass der Mensch informiert, transportiert und unterstützt wird. Ohne Ressourcenverschwendung.
Weil optische Datenverarbeitung hohe Geschwindigkeit und geringen Energieverbrauch verspricht und in vielen Variationen und an extrem vielen Stellen Sinn macht.
Weil der neue Chip hier große Lücken schließen kann.
Weil daher das Einsatzpotential und die Hebelwirkung riesig sind.
Auch weil die Chips in Europa entwickelt, verstanden und gebaut werden können und von hier aus die digitale Welt ein bisschen (energie-)effizienter machen können.
DAS MACHEN WIR KONKRET
Sprunginnovationspotential checken, entdecken, freisetzen. Netzwerke aktivieren, Zugänge schaffen, Türen öffnen.
Wir starten einen Validierungsauftrag, das heißt auch: Wir geben Geld. Mit einem relativ kleinen Betrag helfen wir bereits über die ersten Hürden.
PARTNER FINDEN – SICHTBARKEIT SCHAFFEN
Wir haben Fachexperten, die wissen, was und auch wen man benötigt, um diese Aufgabe zu bewältigen. Wir kennen jemanden, der jemanden kennt.
DAS IST DAS POTENTIAL, DAS WIR SEHEN
Eine digitale Welt, in der mit minimalstem Energieverbrauch riesige Datenmengen überall um uns herum so verarbeitet und genutzt werden, dass der Mensch informiert, transportiert und unterstützt wird. Ohne Ressourcenverschwendung.