Wissen Künstliche Intelligenz: Ultraschnelle Chips bringen KI auf das Smartphone

Künstliche Intelligenz soll künftig auch auf dem Smartphone genutzt werden können. Dafür wird aber eine völlig neue Generation von Mikrochips benötigt.

Ein deutsch-US-amerikanisches Forschungsteam hat jetzt den weltweit ersten Prozessor entwickelt, auf dem mithilfe von Licht gerechnet wird. Die Experimente hätten eine „deutliche Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Computerchips gezeigt“, berichten die Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität Berlin und des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA. Die Chiparchitektur bilde dabei ein „neuronales Netz“, eine Methode der Künstlichen Intelligenz (KI), die sich am menschlichen Gehirn orientiert und zum Beispiel der Anwendung ChatGPT zugrundeliege.

Der neue Chip arbeite 100-mal energieeffizienter und biete 20-mal mehr Rechenpower pro Fläche als die besten elektronischen Digitalprozessoren. Somit könnten nicht nur KI-Anwendungen einen Sprung in ihrer Leistungsfähigkeit machen – auch der Einsatz in kleinen Endgeräten wie Smartphones wäre damit möglich.

Rechenleistung verdoppelt sich nicht mehr automatisch

„Das Rechnen mit Elektronen ist an seine Grenzen gelangt. Das in Fachkreisen berühmte Mooresche Gesetz, nach dem sich alle zwei Jahre die Rechenleistung von Computerchips verdoppelt, gilt seit einigen Jahren nicht mehr“, sagt Stephan Reitzenstein, Leiter der Arbeitsgruppe Optoelektronik und Quantenbauelemente an der TU Berlin. Grund dafür sei neben Problemen in der allgemeinen Computerarchitektur ein physikalisches Limit: Die zentralen Bausteine von Mikrochips, die Transistoren, ließen sich aus thermodynamischen Gründen nicht beliebig schnell und gleichzeitig energieeffizient schalten. „Die besten kommerziell erhältlichen Chips haben dieses Limit praktisch schon erreicht“, so Reitzenstein.

Diese physikalische Grenze für die auf Stromfluss basierenden Mikrochips schränke auch die Entwicklung von KI-Anwendungen fundamental ein. „Um etwa mächtigere neuronale Netze zu bauen, können wir nicht einfach mehrere Supercomputer zusammenschalten. Wir brauchen dazu ein kompaktes, leistungsfähiges Gesamtsystem“, erklärt der Experte.

Weitere Steigerung durch höhere Taktfrequenz

Statt Elektronen werden Lichtteilchen, die Photonen, durch lichtleitende Materialien und Strukturen in den Chips geführt. Über physikalische Effekte können sie sich gegenseitig beeinflussen und so mathematische Operationen mit hoher Geschwindigkeit auf kleinem Raum ermöglichen.

„Durch eine relativ leicht zu realisierende Erhöhung der Taktfrequenz der Laser könnten die bisherigen Werte wohl noch einmal um den Faktor 100 gesteigert werden“, erklärt Reitzenstein. Bis KI in Smartphones eingebaut werden kann, würden aber noch einige Jahre vergehen.