Kennst du das Gefühl, wenn du einen neuen Tab öffnest und dein Laptop langsam beginnt, zu überhitzen? Datenzentren – also Räume voller riesiger Supercomputer, die jede Datenübertragung im Internet steuern – haben das gleiche Problem in deutlich größerem Umfang. Und um die Computer zu kühlen, verbrauchen Rechenzentren die gleiche Menge Wasser wie 1.000 US-Haushalte pro Tag.
Es gibt aber innovative Lösungen, um diese Abwärme sinnvoll zu nutzen. Vom Beheizen von Schwimmbädern bis hin zum Heizen unserer Gebäude. Darüber hinaus haben Informatiker:innen auch etwa neue Codezeilen entwickelt, die die Effizienz von Rechenzentren um bis zu fünf Prozent verbessern könnten.
Ein Forschungsteam des Computerhardware-Herstellers Lightmatter hat nun einen neuen Weg gefunden, das Hitzeproblem von Rechenzentren zu lösen. Ihre innovative Lösung verwendet dabei photonisch-integrierte Schaltungen, auch „integrierte Optiken“ genannt. Diese verwendet Lightmatter anstelle herkömmlicher Schaltungen, ganz grob werden dabei Elektronen durch Photonen – also Lichtteilchen – ersetzt. Das Start-Up Q.ANT ist ein weiteres Unternehmen, das auf diesem Gebiet Pionierarbeit leistet. Q.ANT hat jetzt den ersten kommerziell erhältlichen Licht-Prozessor auf den Markt gebracht.
Integrierte Optiken erzeugen weniger Abwärme und benötigen weniger Kühlung
Die verbesserte Effizienz der neuartigen Prozessoren hat allerdings einen doppelten Grund: Da die Schaltkreise weniger Abwärme produzieren, benötigen sie auch weniger Kühlung als herkömmliche digitale Schaltkreise. Das bedeutet also auch, dass Rechenzentren, in denen Prozessoren mit integrierten Optiken arbeiten, weniger Wasser verbrauchen.
Während frühere Forschungen mit photonisch-integrierten Schaltungen sich auf einfache Aufgaben konzentriert haben, nimmt sich das Lightmatter-Team aufwändigen KI-Aufgaben an. Die Ergebnisse zeigten, dass das System bei der Klassifizierung von Bildern 90 Prozent der Genauigkeit eines Standardprozessors erreichte. Bei der Beantwortung von Fragen, die in natürlicher Sprache gestellt wurden, sank die Genauigkeit jedoch auf gerade einmal 30 Prozent.
Expertenmeinung: Hier geht es um „Hightech der neuesten Art“
Das Lightmatter-Team veröffentlichte seine Ergebnisse im Fachmagazin Nature. Das Science Media Centre veröffentlichte daraufhin die Kommentare zweier Experten auf diesem Gebiet:
Für Dr. Damien Dudek, Geschäftsführer des VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik), sind photonisch-integrierte Schaltungen „Hightech der neuesten Art“. Sie seien nicht nur „bahnbrechend in Bezug auf die hohe Energieeffizienz“, sie nutzen auch „die allerneuesten Produktionsmethoden beim Design von integrierten Halbleiterschaltungen„.
Wie sieht eine grüne digitale Zukunft aus?
Elektroschrott, CO2-Emissionen durch KI, Wasserverbrauch von Rechenzentren – aktuell scheint die ungezügelte Digitalisierung nicht mit einem gesunden Planeten vereinbar. Doch es gibt viele Lösungen für eine ökologische und faire Digitalisierung – wir haben sie recherchiert:
Dudek weist jedoch auf die Probleme der Skalierbarkeit des Entwurfs hin: „Die siliziumbasierten Komponenten haben ihre physikalischen Grenzen erreicht. Diese Technologie kann sich nur durchsetzen, wenn sie sich skalieren lässt.“ Außerdem plädiert er dringend für eine bessere Koordinierung der Forschungsförderung zwischen Industrie und Forschungseinrichtungen.
Professor Mario Chemnitz, Juniorprofessor für „Intelligente Photonische Systeme“ und Leiter der Forschungsgruppe Smart Photonics, ist der Ansicht, dass das Design „einen bedeutenden technologischen Schritt für den Bereich der photonischen Datenverarbeitung darstellt“. Während „Herstellungsprozesse und ultraschnelle Schreib- und Leseelektronik noch besser und energieeffizienter werden müssen“, vermutet er, dass „photonische Technologien in bestimmten Anwendungen innerhalb von fünf bis zehn Jahren herkömmliche Prozessoren ersetzen könnten“.
Trotz dieser Entwicklung müssen wir unsere digitalen Emissionen weiter reduzieren, zumal die KI-Technologie jede Online-Interaktion zunehmend kohlenstofflastig macht. Die Verbesserung der Effizienz von Rechenzentren ist eine wirksame Lösung – aber nur dann, wenn wir die vielen Möglichkeiten zur Reduzierung unseres digitalen CO2-Fußabdrucks nicht aus den Augen verlieren.
Dieser Artikel ist Teil des Dossiers „Digital und grün – Lösungen für eine nachhaltige Digitalisierung“, in dessen Rahmen wir Lösungen für eine ökologische und faire Digitalisierung vorstellen. Wir danken der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) für die Projektförderung!
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