Lighton OPU: Supercomputer nutzt photonischen KI-Chip

Der französische Jean Zay verwendet einen Prozessor mit Photonen statt Elektronen, um Supercomputer-Berechnungen zu beschleunigen.

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Der französische Supercomputer namens Jean Zay
Der französische Supercomputer namens Jean Zay (Bild: CNRS/Cyril Frésillon)

Es ist ein Pilotprogramm: In Frankreich wurde ein Supercomputer um einige Racks erweitert, in denen sogenannte Optical Processing Units rechnen (PDF). Der französische Jean Zay ist somit das erste System weltweit, das solche OPUs in größerem Maßstab einsetzt. Die Chips sollen bei bestimmen KI-Szenarien signifikant schneller und effizienter sein als herkömmliche Designs.

Die Optical Processing Units arbeiten mit Photonen statt Elektronen, es handelt es sich also im Photonic-ICs. In Rechenzentren sind solche Ansätze nicht komplett neu, Silicon Photonics wurden bisher aber primär zur optischen Datenübertragung und nicht für Berechnungen genutzt. Bei den OPUs von Lighton mit Sitz in Paris ist das anders.

Sie stecken in einem 2U-Rack, der Hersteller spricht von einer Appliance, da Hardware und Software sehr eng verzahnt sind. Die Photonic-Co-Prozessoren namens Aurora 2 respektive deren Nitro-Gen2-Cores (siehe PDF) arbeiten mit einem Lichtmodulator und einem CMOS-Sensor, die analogen Daten werden abschließend von einem FPGA digital aufbereitet und an das Host-System weitergereicht.

Schneller und sparsamer als herkömmliche Prozessoren

Unter idealen Bedingungen soll ein photonischer KI-Chip auf enorme 1.500 Teraops (INT8) bei gerade einmal 30 Watt kommen, was um multiple Faktoren besser ist als bei klassischen Beschleunigern. Zum Vergleich: Nvidias A100 kommt im Bestfall auf 1.248 Teraops bei 400 Watt, AMDs Instinct MI250X auf 383 Teraops bei 560 Watt.

Als praktisches Beispiel hat sich Lighton eine Kernel Ridge Regression zur Klassifizierung von Daten aus der Quantenchemie und der Teilchenphysik herausgepickt: Dort soll ein Aurora 2 eine Tesla P100 um den Faktor 24 schlagen und dabei nur ein Siebtel der Energie benötigen, der Nvidia-Beschleuniger ist allerdings mittlerweile fünf Jahre alt.

Generell sollen sich die Lighton OPU für vielfältige Machine-Learning-Bereiche eignen, darunter Computerlinguistik wie das GPT-3-Modell und Differential Privacy, aber auch zur Analyse von Satellitenbildern. Der Jean Zay an sich ist ein von HPE gebautes System, welches vom CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) betrieben wird und am IDRIS (Institute for Development and Resources in Intensive Scientific Computing) in Orsay südlich von Paris steht.

Benannt ist es nach dem gleichnamigen französischen Politiker, der eben dieses CNRS gegründet hat. Zay wurde 1940 wegen Fahnenflucht verhaftet und 1944 vom Vichy-Regime hingerichtet.

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