Neues Photonik-Labor in Shanghai China beschleunigt den Chipwettlauf mit neuen Fortschritten bei der Photonik

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Mit Photonik-Chips will China eine technologische Lücke schließen, die klassische Siliziumchips allein kaum noch füllen können. Der steigende Rechenbedarf von KI-Rechenzentren, begrenzte Skalierung und US-Sanktionen erhöhen den Druck. In Shanghai soll ein neues Labor optisches Rechnen näher an industrielle Anwendungen bringen.

China setzt immer stärker auf die Erforschung und Entwicklung von Photonik-Chips, um den wachsenden Rechenbedarf der eigenen KI-Rechenzentren decken zu können. Nach mehreren technologischen Fortschritten in jüngster Zeit ist in Shanghai jetzt ein neues Labor für die angewandte Forschung zum Rechnen mit Lichtteilchen gegründet worden.

Das neue „Shanghai Key Laboratory of Integrated Photonic Computing Chips and Systems“ hat Anfang Juni 2026 mit der Arbeit begonnen, berichtet Shangguan Xinwen, ein Online-Portal der regierungsnahen Jiefang Ribao. Es sei die erste Plattform des Landes, auf der Universitäten und Industrie „gemeinsam am optischen Rechnen arbeiten“, heißt es in dem Bericht.

Getragen wird das Labor von der Jiao-Tong-Universität in Shanghai, einem der führenden Institute für die akademische Photonik-Forschung in der Volksrepublik, und dem Unternehmen Lightelligence, einem chinesischen Start-up für photonisches Rechnen, das im April 2026 in Hongkong an die Börse gegangen ist.

„Das optische Rechnen ist ein wichtiger Weg, um Durchbrüche bei der Rechenleistung zu erzielen, mit Vorteilen bei Bandbreite, Latenz und Energieeffizienz“, zitierte die South China Morning Post Zou Weiwen, den Direktor des neuen Labors. Er ist Professor für Photonik an der Jiao-Tong-Universität, wo das Labor auch untergebracht ist.

Mehr Rechenleistung trotz physikalischer Limitierungen

Der KI-Boom sorgt auch in China für eine rasant steigende Nachfrage nach immer mehr Rechenleistung, während gleichzeitig das Mooresche Gesetz, also die immer weitere Leistungssteigerung von Siliziumchips durch Miniaturisierung, an seine Grenzen stößt. Photonik-Chips gelten als eine von mehreren alternativen Technologien, mit denen dieses Problem gelöst werden könnte.

Während herkömmliche Chips Elektronen durch Schaltkreise aus Silizium schicken, nutzen diese neuen Chips stattdessen Lichtteilchen, also Photonen, um Daten zu übertragen und zu verarbeiten. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile. Licht ist schnell und erzeugt weniger Abwärme. Optische Chips arbeiten mit sehr geringer Latenz und hoher Energieeffizienz. Vor allem aber lassen sich mit Licht viele Rechenoperationen gleichzeitig ausführen, weil sich Signale auf unterschiedlichen Wellenlängen nicht gegenseitig stören.

Diese massive Parallelität ist der Vorteil, der chinesische Forscher schon seit mehreren Jahren besonders reizt, denn sie entspricht genau den Anforderungen der künstlichen Intelligenz. Große KI-Modelle bestehen im Kern aus riesigen, parallel ausführbaren Matrixrechnungen. Dafür ist das Rechnen mit Licht wie geschaffen.

Dringender Bedarf

In China ringen Technologiekonzerne genau wie ihre US-amerikanischen Konkurrenten um eine schnelle Ausweitung ihrer Rechenkapazitäten, um immer größere KI-Modelle trainieren und betreiben zu können. Genau die dafür dringend benötigten Hochleistungs-GPUs von Nvidia hat Washington jedoch seit 2022 auf Boykottlisten für China gesetzt, um so dessen Fortschritte im Bereich KI möglichst stark zu behindern.

Seither beschleunigt die chinesische Zentralregierung in Peking ihre vor einem Jahrzehnt begonnenen Photonik-Anstrengungen noch weiter. Das neue Labor in Shanghai kann auch als eine von vielen konkreten Antworten auf die Eindämmungsstrategie der Amerikaner verstanden werden. Optische Chips hängen viel weniger von den modernsten Lithografiemaschinen von ASML ab, deren Lieferung nach China die US-Regierung durch diplomatischen Druck auf die Niederlande ebenfalls seit Jahren verhindert.

Die Leistung von Photonik-Chips hängt eher davon ab, wie geschickt die Lichtwege entworfen sind, nicht davon, wie viele Transistoren auf engstem Raum sitzen. Gelingt es, das Rechnen mit Licht für breite Rechenanwendungen in der Praxis tauglich zu machen, könnten die amerikanischen Technologieboykotte gegen China einen großen Teil ihrer Wirkung verlieren.

Verordneter Innovationswille

Peking verfolgt in mehreren Bereichen die Strategie, nicht Kopf an Kopf mit US-amerikanischen oder europäischen Unternehmen wie Nvidia oder ASML zu konkurrieren, sondern stattdessen deren Technologien durch Alternativen zu ersetzen. Die Logik dahinter hatte der Huawei-Gründer Ren Zhengfei vor mehreren Jahren in einem seiner seltenen Interviews erklärt. Sein Land liege bei herkömmlichen Chips noch „eine Generation hinter den Vereinigten Staaten“, sagte Ren gegenüber der Volkszeitung.

Diesen Rückstand wolle man wettmachen, indem man „Physik durch Mathematik ersetzt, das Mooresche Gesetz durch Nicht-Moore-Ansätze und die Grenzen des einzelnen Chips durch das Rechnen im Verbund“. Die Photonik ist eine dieser Wetten gegen Moore. Schon seit 2015 fördert die Volksrepublik die Photonik als nationale Priorität. Bereits der 14. Fünfjahresplan, der gerade vom 15. abgelöst worden ist, hatte sie zur strategischen Technologie erklärt, und seither wird Geld aus den Programmen des Wissenschaftsministeriums und der nationalen Forschungsstiftung in eigene Labore gelenkt.

Seit die USA ihre Sanktionen gegen moderne Chipfertigung in China immer weiter verschärften, erhöhte sich das Tempo. In Wuxi entstand 2024 die erste Pilotfabrik des Landes für photonische Chips. Die von der Jiao-Tong-Universität betriebene Anlage meldete im Juni 2025 die erste Charge inländischer Sechs-Zoll-Wafer und eine Serienfertigung schneller Chips, was Staatsmedien als Sprung vom „Technologie-Nachzügler“ zum „Industrieführer“ bei hochwertigen optischen Komponenten feierten.

Ein Team an der Pekinger Tsinghua-Universität entwickelte zwei Varianten eines optischen Chips namens Taichi, von denen die zweite KI-Modelle allein mit Licht trainieren können soll. Chinesischen Medienberichten zufolge arbeitet Taichi II rund tausendmal energieeffizienter als Nvidias Spitzenchip H100, eine Angabe, die schwer zu überprüfen ist. Forscher der Fudan-Universität stellten zudem einen Chip vor, der Daten innerhalb eines KI-Clusters beschleunigen soll.

Parallelität im Visier

Wie sehr dabei die schon erwähnte Parallelität im Mittelpunkt des chinesischen Interesses an Photonik steht, zeigt der in der Volksrepublik selbst entwickelte Chip „Meteor-1“. Ein Team um Xie Peng am Shanghaier Institut für Optik und Feinmechanik der Akademie der Wissenschaften baute damit eigenen Angaben zufolge den „ersten hochparallel integrierten optischen Rechenchip“, der mehr als hundert Rechenprozesse gleichzeitig ausführt und rein rechnerisch eine Spitzenleistung von 2.560 TOPS erreicht, vergleichbar mit Nvidias fortschrittlichsten Grafikprozessoren.

Auch hier hatten sich die Forscher bewusst für die Parallelität interessiert, weil bei der Chipgröße und der optischen Taktfrequenz kaum noch Fortschritte zu machen sind. Der von den westlichen Medien gerne thematisierte „Chip-Krieg“ zwischen dem Westen und China ist vielschichtiger, als es die Debatten über Nanometer-Generationen oder EUV-Maschinen vermuten lassen.

Amerikanische Firmen wie Lumentum, Coherent, Intel und Lightmatter decken die gesamte Wertschöpfungskette des photonischen Rechnens ab. Europäische Anbieter sind sehr stark bei optischen Komponenten und Materialien. China aber holt in all diesen Bereichen rasch auf und hat sich parallel dazu eine eigene Stärke in der Lieferkette erarbeitet. Bei Dünnschicht-Lithiumniobat, einem Schlüsselmaterial der Photonik, stellen chinesische Hersteller bereits rund 42 Prozent der weltweiten Kapazität.

Nur am oberen Ende der Skala klafft derzeit aus chinesischer Perspektive noch eine Lücke. Bei besonders schnellen Laserchips liegt der heimische chinesische Anteil am Markt erst bei etwa vier Prozent. Bis die chinesischen F&E-Anstrengungen im Bereich der Photonik auch im Alltag der KI-Rechenzentren ankommen, ist es noch ein langer und harter Weg. Es fehle ein ausgereiftes Ökosystem aus Software und Algorithmen, das die optische Hardware wirklich ausnutzen könne, räumte der frisch gebackene Laborchef Zou in Shanghai in einem Interview ein. Genau diese Lücke soll das gerade eröffnete Photonik-Labor in Shanghai schließen helfen. Die nächste Runde im Technologiewettlauf könnte weniger in Nanometern entschieden werden als in Wellenlängen des Lichts. (sb)

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