Technik

Photonik statt Elektronik: Wie Lightmatter die KI-Hardware neu definiert

von Artisan Baumeister · 1. April 2025

Lightmatter stellt mit dem Passage M1000 und der Passage L200 eine neue Klasse von KI-Chips vor, die auf Licht statt Elektrizität setzen. Die Technologien versprechen höhere Rechenleistung, Energieeffizienz und beschleunigte KI-Anwendungen. Doch der Durchbruch bringt auch technische und infrastrukturelle Herausforderungen mit sich.

Inhaltsübersicht

Einleitung
Vom Elektron zum Photon: Wie Lightmatter KI-Chips neu denkt
Akteure, Allianzen und Antriebe: Wer hinter der Entwicklung der Photonik-Chips steht
Zukunft im Licht: Wo die Photonik-Technologie zum Einsatz kommen kann
Fazit

Einleitung

Elektronen waren jahrzehntelang die Grundlage moderner Rechensysteme – nun kündigt sich eine Revolution an, die nicht weniger als einen Paradigmenwechsel verspricht: Photonik. Am 1. April 2025 präsentierte das US-amerikanische Unternehmen Lightmatter zwei neuartige KI-Hardwarelösungen: den Passage M1000 Photonic Superchip und die Passage L200, aktuell schnellste ko-packagierte Optik für KI-Systeme. Anders als bei klassischen Chips kommen hier optische statt elektrische Signale zum Einsatz. Die Gründe für diesen hochkomplexen Technologiewechsel liegen auf der Hand: steigende Anforderungen an Rechenleistung und Energieeffizienz treiben auch die Infrastruktur an ihre Grenzen. Welche Vorteile der Einsatz von Licht bietet, wer daran beteiligt war und welche Anwendungen realistisch sind – dieser Artikel liefert fundierte Antworten.

Vom Elektron zum Photon: Wie Lightmatter KI-Chips neu denkt

Der grundlegende Unterschied zwischen herkömmlicher KI-Hardware und Lightmatters neuartigem Ansatz ist sichtbar – im wahrsten Sinne des Wortes: Statt elektrischer Signale fließen in ihren Systemen optische Signale durch Siliziumwellenleiter. Diese Umstellung auf Photonik ist keine marginale Effizienzsteigerung – es ist ein architektonischer Wechsel.

Der Passage M1000, ein sogenannter Photonic Superchip, nutzt Lichtwellen, um Daten mit deutlich höherer Geschwindigkeit zu übertragen als elektrische Leiterbahnen es je könnten. Dazu kommt: Optische Signale erzeugen weniger Wärme, sie verbrauchen weniger Energie pro Bit und können verschiedene Wellenlängen gleichzeitig übertragen. Das bedeutet: echte Parallelverarbeitung auf physikalischer Ebene.

Ergänzt wird der M1000 durch den Passage L200, ein Koordinationschip, der diese Lichtkanäle innerhalb komplexer Systemarchitekturen steuert. Die beiden Chips sind so konzipiert, dass sie in bestehende Hardwarestrukturen integriert werden können – ein pragmatischer, aber entscheidender Schritt in Richtung Marktreife.

Besonders innovativ ist die sogenannte ko-packagierte Optik: Dabei werden photonische und elektronische Komponenten dicht nebeneinander auf einem Substrat vereint, wodurch Signallaufzeiten drastisch reduziert werden – kein externer Transceiver, kein Energieverlust durch lange Leitungen.

Was Lightmatter hier liefert, ist die serielle Datenstrecke neu gedacht – nicht mehr Kupferdraht, sondern kontrolliertes Laserlicht. Und das bringt die optische Datenverarbeitung näher an den Rechenkern. Der nächste Entwicklungssprung im KI-Chip-Design kommt nicht leise, sondern lichtschnell.

Akteure, Allianzen und Antriebe: Wer hinter der Entwicklung der Photonik-Chips steht

Die treibende Kraft hinter der aktuellen Revolution in der optischen Datenverarbeitung ist das US-Unternehmen Lightmatter. Gegründet mit dem Ziel, Leistungssprünge jenseits der physikalischen Grenzen traditioneller Elektronik zu erzielen, hat sich das Start-up auf Photonik spezialisiert – die Verarbeitung und Übertragung von Informationen mit Licht statt Elektronen.

Die Wurzeln reichen tief ins Massachusetts Institute of Technology (MIT), eines der forschungsstärksten Technologiezentren weltweit. Früh wurden dort die theoretischen Grundlagen gelegt, auf denen die heutige Hardware-Architektur von Lightmatter aufbaut. Die Vision: Chips, die Licht nicht nur zur Kommunikation, sondern direkt zur Berechnung nutzen. Daraus entstanden sind etwa der Passage M1000 Photonic Superchip und der Passage L200, ein Transceiver für ko-packagierte Optik, der optische Signale unmittelbar mit KI-Chipmodulen verbindet.

Unterstützt wurde die technische Umsetzung von Industriepartnern wie GlobalFoundries, einem der größten Halbleiterfertiger weltweit. Der Weg von der Grundlagenforschung bis zur Serienreife hat mehrere Jahre gedauert – ein typischer Entwicklungszyklus für so tiefgreifende Hardware-Innovationen. Mit der Präsentation der Passage-Plattform ist nun ein greifbarer Meilenstein erreicht.

Lightmatter ist nicht allein: Unternehmen wie LightOn in Frankreich und Lightelligence in den USA verfolgen ähnliche Konzepte. Doch während andere noch primär im Laborstadium operieren, hat Lightmatter als erster Anbieter eine KI-Hardware entwickelt, die optische Signale produktiv und skalierbar nutzt.

Die Akteure sind also klar: ein Start-up mit Forschungswurzeln, ein Industriepartner mit Produktions-Know-how – und ein Zeitfenster, in dem sich entscheidet, ob das Photon das Elektron wirklich ablösen kann.

Zukunft im Licht: Wo die Photonik-Technologie zum Einsatz kommen kann

Die optische Datenverarbeitung, wie sie Lightmatter mit dem Passage M1000 und Passage L200 vorantreibt, ist mehr als nur ein Hardware-Upgrade. Sie verändert die Spielregeln dort, wo herkömmliche Elektronik an Grenzen stößt. Besonders im maschinellen Lernen eröffnen sich neue Horizonte: Trainingszyklen riesiger Modelle – etwa in der Sprachverarbeitung oder Bilderkennung – könnten durch optische Signale drastisch beschleunigt werden. Weniger Energie hinein, mehr Leistung heraus – mit echter Parallelverarbeitung auf Lichtbasis.

Auch in der Industrie 4.0 zählt jede Millisekunde. Roboter in Echtzeit koordinieren, Daten aus vernetzten Maschinen sofort verarbeiten – für solche Anwendungen bieten die KI-Chips von Lightmatter eine überzeugende Antwort. Durch die ko-packagierte Optik – also die direkte Integration der Lichtkomponenten ins Chipdesign – sinken Latenzzeiten und Energieverbrauch. Effizienter war industrielle Automatisierung selten.

In der Medizintechnik könnten diese Photonic Superchips künftig genauere Diagnosen ermöglichen, etwa durch schnellere Bildanalysen in der Radiologie. Ähnliches gilt für autonome Systeme in der Robotik, wo eine blitzschnelle Entscheidungslogik über Sekundenbruchteile und Sicherheit entscheidet.

Doch die Integration ist kein Selbstläufer. Bestehende Systeme basieren fast durchweg auf elektronischer Vernetzung – Hardware, Treiber, Softwarearchitekturen. Es braucht Übergangstechnologien und Standards, damit photonische Lösungen breit Fuß fassen. Und: Noch ist unklar, wie hoch die Kosten in der Massenfertigung wirklich ausfallen werden.

Gesellschaftlich liegt in der Photonik enormes Potenzial – aber auch Verantwortung. Mehr Rechenleistung könnte Innovationen in Wissenschaft und Medizin beschleunigen, aber auch Machtasymmetrien verschärfen, wenn der Zugang zu dieser Technologie ungleich bleibt. Eines ist klar: Die Zukunft der KI-Hardware wird mehrstrahlig – und zunehmend lichtschnell.

Fazit

Die Innovationen von Lightmatter markieren einen tiefgreifenden Einschnitt in der Entwicklung von KI-Hardware. Die auf Licht basierende Datenverarbeitung könnte der Schlüssel zu energieeffizienteren und leistungsstärkeren Systemen sein – ein entscheidender Fortschritt angesichts wachsender Rechenanforderungen durch Künstliche Intelligenz. Doch auch wenn die Vorteile vielversprechend erscheinen, bleiben technische Umsetzung, Marktakzeptanz und Infrastruktur zentrale Herausforderungen. Entscheidend wird sein, wie schnell sich Photonik in kommerziellen Produkten etablieren lässt – und ob sie zur tragenden Säule der kommenden Rechnergeneration aufsteigen kann.

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