3D-Photonik-Plattform: Effizienzschub für KI-Hardware

NEW YORK / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Entwicklung der Künstlichen Intelligenz (KI) steht vor einem bedeutenden Fortschritt, der die Effizienz und Bandbreite von KI-Hardware revolutionieren könnte. Forscher der Columbia Engineering haben eine innovative 3D-Photonik-Elektronik-Plattform vorgestellt, die eine bisher unerreichte Energieeffizienz und Bandbreitendichte bietet.

Die Künstliche Intelligenz (KI) verspricht transformative Fortschritte, doch ihre Entwicklung wird durch Energieineffizienzen und Engpässe bei der Datenübertragung eingeschränkt. Forscher der Columbia Engineering haben nun eine bahnbrechende Lösung präsentiert: Eine 3D-Photonik-Elektronik-Plattform, die eine beispiellose Energieeffizienz und Bandbreitendichte erreicht und den Weg für die nächste Generation von KI-Hardware ebnet.

Die Studie mit dem Titel „3D Photonics for Ultra-Low Energy, High Bandwidth-Density Chip Data Links“, geleitet von Keren Bergman, Charles Batchelor Professorin für Elektrotechnik, wurde in Nature Photonics veröffentlicht. Die Forschung beschreibt eine wegweisende Methode, die Photonik mit fortschrittlicher CMOS-Elektronik integriert, um energieeffiziente, hochbandbreitige Datenkommunikation neu zu definieren. Diese Innovation adressiert kritische Herausforderungen bei der Datenbewegung, ein anhaltendes Hindernis für schnellere und effizientere KI-Technologien.

„In dieser Arbeit präsentieren wir eine Technologie, die in der Lage ist, riesige Datenmengen mit beispiellos niedrigem Energieverbrauch zu übertragen“, sagte Bergman. „Diese Innovation durchbricht die langjährige Energiebarriere, die die Datenbewegung in traditionellen Computer- und KI-Systemen eingeschränkt hat.“

Das Team der Columbia Engineering arbeitete mit Alyosha Christopher Molnar, Ilda und Charles Lee Professor für Ingenieurwesen an der Cornell University, zusammen, um einen 3D-integrierten photonik-elektronischen Chip zu entwickeln, der eine hohe Dichte von 80 photonischen Sendern und Empfängern innerhalb eines kompakten Chip-Footprints aufweist. Diese Plattform liefert eine hohe Bandbreite (800 Gb/s) mit außergewöhnlicher Energieeffizienz und verbraucht nur 120 Femtodjoule pro Bit. Mit einer Bandbreitendichte von 5,3 Tb/s/mm² übertrifft diese Innovation bestehende Benchmarks bei weitem.

Die für niedrige Kosten konzipierte Plattform integriert photonische Geräte mit CMOS-Elektronikschaltungen und nutzt Komponenten, die in kommerziellen Gießereien hergestellt werden, was den Weg für eine breite industrielle Akzeptanz ebnet. Die Forschung des Teams definiert die Art und Weise, wie Daten zwischen Rechenknoten übertragen werden, neu und adressiert die langjährigen Engpässe bei Energieeffizienz und Skalierbarkeit. Durch die 3D-Integration von photonischen und elektronischen Chips erzielt diese Technologie unvergleichliche Energieeinsparungen und hohe Bandbreitendichte und befreit sich von traditionellen Datenlokalitätsbeschränkungen.

Diese innovative Plattform ermöglicht es KI-Systemen, riesige Datenmengen effizient zu übertragen und unterstützt verteilte Architekturen, die zuvor aufgrund von Energie- und Latenzbeschränkungen unpraktisch waren. Die daraus resultierenden Fortschritte sind bereit, beispiellose Leistungsniveaus freizuschalten und diese Technologie zu einem Eckpfeiler zukünftiger Computersysteme über Anwendungen hinweg zu machen, von groß angelegten KI-Modellen bis hin zur Echtzeit-Datenverarbeitung in autonomen Systemen. Über die KI hinaus birgt dieser Ansatz transformative Potenziale für Hochleistungsrechnen, Telekommunikation und disaggregierte Speichersysteme und signalisiert eine neue Ära energieeffizienter, schneller Computerinfrastrukturen.

Die kollaborative Forschung umfasste Beiträge vom Molnar-Labor der Cornell University, dem Air Force Research Laboratory und dem Dartmouth College. Weitere Informationen finden sich in der Veröffentlichung von Stuart Daudlin et al., 3D Photonics for Ultra-Low Energy, High Bandwidth-Density Chip Data Links, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01633-0. Auf arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2310.01615.

Zu den Top-Stories!

Unseren KI-Morning-Newsletter «Der KI News Espresso» mit den besten KI-News des letzten Tages gratis per eMail - ohne Werbung: Hier kostenlos eintragen!

Angebot

1.958 Bewertungen

EIlik - Ein Desktop-Begleitroboter mit emotionaler Intelligenz, Multi-Roboter-Interaktionen, Desktop-Robotik-Partner

• NIEDLICHER BEGLEITER: Eilik ist der ideale Begleiter für Kinder und Erwachsene, die Haustiere, Spiele und intelligente Roboter lieben. Mit vielen Emotionen, Bewegungen und interaktiven Funktionen.

169,00 EUR

Bei Amazon kaufen