Nachgefragt bei Q-Ant und Ionos Wie Photonen-Chips das KI-Computing verändern

Der Weg aus dem Forschungslabor in kommerzielle Rechenzentren ist geebnet: Ionos wird künftig die lichtbasierten Prozessoren (NPUs) von Q-Ant in seine Cloud-Infrastruktur integrieren. Doch wie schlagen sich die photonischen Beschleuniger im Alltag eines Rechenzentrums? Wir haben nachgefragt.

Der Cloud-Anbieter Ionos und der Stuttgarter Photonik-Spezialist Q-Ant haben auf der re:publica 2026 eine weitreichende Partnerschaft besiegelt. Ziel ist der Aufbau eines energieeffizienten und europäischen KI-Hardware-Stacks. Während die Hardware-Souveränität die politische Ebene adressiert, stellt sich für Hardware-Entwickler und Systemarchitekten die Frage nach der technologischen Integration: Wie kommunizieren Photonen-Chips mit klassischen CPUs, und welche Anforderungen stellen sie an die Kühlung?

Technologisch setzen die Experten von Q-Ant auf Photonische Integrierte Schaltkreise (PICs) auf Basis von Thin Film Lithium Niobate (TFLN). Dieser Ansatz verspricht nicht nur eine hohe Rechenleistung für KI-Matrizen, sondern vor allem einen drastisch reduzierten Energieverbrauch.

Nachgefragt: Die Technik hinter der NPU

Wir haben mit Dr. Michael Förtsch, CEO von Q-Ant, und Dr. Andreas Nauerz, Chief Product Officer bei Ionos, über die Details der Implementierung gesprochen.

Herr Dr. Förtsch, Ihre Photonischen Integrierten Schaltkreise (PICs) basieren auf Thin Film Lithium Niobate (TFLN). Was macht dieses Materialsystem gegenüber Silizium-Photonik so vorteilhaft für das Co-Processing?

Dr. Michael Förtsch: Ein entscheidender Vorteil sind Modulatoren mit einer Bandbreite von über 100 GHz. Das ermöglicht eine sehr effiziente elektro-optische Wandlung, die auf dem schnellen Pockels-Effekt basiert, bei gleichzeitig sehr geringen optischen Verlusten. Zudem bietet TFLN einen größeren Transparenzbereich für mehr Wellenlängen, beispielsweise im sichtbaren Bereich.

Wo lagen die größten Hürden beim Design der zweiten NPU-Generation?

Förtsch: Momentan werden wir nicht durch die Chip-Technologie an sich begrenzt, sondern wir werden in naher Zukunft in den TOPS- und PetaOPS-Bereich skalieren. Die grundsätzliche Herausforderung liegt darin, analoge photonische Systeme mit bestehenden digitalen Rechenarchitekturen kompatibel zu halten und dafür geeignete Schnittstellen einzubinden.

Wie kommunizieren diese optischen Recheneinheiten im Server mit der klassischen Peripherie? Nutzen Sie Co-Packaged Optics oder Standard-Schnittstellen wie PCIe?

Förtsch: Unsere Lösung ist vollständig kompatibel zu bestehenden Standardschnittstellen in Hochleistungsrechenzentren (HLRZ), wie etwa PCIe. Die elektro-optische Wandlung findet dabei direkt auf den photonischen integrierten Chips (PICs) statt.

Luftkühlung statt High-Tech-Chiller

Für den Cloud-Anbieter Ionos ist die physische Integration in bestehende Rack-Strukturen entscheidend. Dr. Andreas Nauerz gibt Entwarnung für Rechenzentrumsbetreiber.

Herr Dr. Nauerz, neue Architekturen erfordern oft neue Infrastruktur. Wie integrieren Sie die Server von Q-Ant thermisch in Ihre Racks?

Dr. Andreas Nauerz: Die Native Processing Server (NPS) lassen sich ohne grundlegende Anpassungen integrieren; der Formfaktor entspricht gängigen Standards. Ein großer Vorteil ist die Energieeffizienz: Da die photonischen Beschleuniger bis zu 30-mal effizienter arbeiten als GPUs, liegt der Leistungsbedarf voll im Rahmen unserer Standardversorgung. Die geringere Abwärme erlaubt es uns sogar, auf Flüssigkeitskühlung zu verzichten. Es genügt eine konventionelle Luftkühlung, was den Rollout spürbar beschleunigt.

Welche Anwendungen stehen in der ersten Phase ab Sommer 2026 im Fokus?

Nauerz: In der Pilotphase erproben wir Training und Inferenz in drei Feldern: Erstens Industrial Vision für Aufgaben wie Defect Detection und Qualitätskontrolle. Zweitens Physical AI und Robotik für latenzkritische Steuerungen im Submillisekundenbereich, etwa bei der Sensor-Fusion. Und drittens wissenschaftliche Simulationen wie Strömungsdynamik oder Quantenphysik. Hier bringt die native Beschleunigung von Fourier-Transformationen einen unmittelbaren Geschwindigkeitsvorteil. Erste belastbare Ergebnisse erwarten wir gegen Ende des Jahres.

Der Schritt in die Industrialisierung

Die Kooperation markiert den Übergang der Photonik von wissenschaftlichen Nischen, wie beispielsweise am LRZ oder in Jülich, in die kommerzielle Breite. Mit der Standard-PCIe-Anbindung und dem Verzicht auf komplexe Kühlsysteme sinken die Eintrittshürden für RZ-Betreiber massiv. Wenn die Pilotphase die versprochenen Effizienzgewinne bestätigt, könnte der europäische KI-Stack auf Basis von Licht einen signifikanten Wettbewerbsvorteil im globalen Rennen um KI-Ressourcen bieten. (heh)

Partnerschaft bei Photonen-Prozessoren

Ionos setzt auf Photonic-Chips von Q.ANT

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