Microsoft: MicroLEDs als Turbo für KI-Rechenzentren

Ein Prototyp des neuen MicroLED-Systems, das Glasfaser- und Kupferkabel in Rechenzentren ersetzen soll, auf einem Arbeitstisch in einem der Labore des Microsoft Research Center in Cambridge.
Chris Welsch für Microsoft



Hinter jedem KI-Chatbot, jedem gestreamten Film und jeder Cloud-Anwendung verbergen sich Daten. Sie rasen als Lichtimpulse durch Glasfaserstränge. Doch während der Hunger nach KI-Leistung weltweit explodiert, stoßen herkömmliche Rechenzentren mit ihrer Infrastruktur an ihre physikalischen Grenzen. Diese Fesseln will Microsoft Research nun mit zwei Neuentwicklungen sprengen: MicroLEDs und hohlen Glasfasern.



Der Flaschenhals der KI-Ära



Schließlich stellt das rasante Wachstum von KI-Modellen die Infrastruktur von Rechenzentren vor massive Herausforderungen. Bestehende Netzwerktechnologien kämpfen mit physikalischen Limits bei der Distanz, dem Stromverbrauch und der Zuverlässigkeit. Angesichts von KI-Berechnungen, bei denen GPUs in Millisekunden gewaltige Datenmengen austauschen, entpuppen sich herkömmliche Verkabelungen als Nadelöhr.



Genau hier setzt die neue MicroLED-Technologie von Microsoft an, die bis Ende 2027 kommerziell verfügbar sein soll. Bisherige optische Systeme basieren auf Lasern, die Daten schnell durch wenige Kanäle jagen – so Paolo Costa, leitender Forscher bei Microsoft Research. Er nennt dies den schmalen und schnellen Ansatz.



Vorteile der MicroLEDs



Die MicroLEDs verfolgen dagegen ein anderes Paradigma: Statt eines schnellen, schmalen Stroms gleicht das System einem breiten, langsam fließenden Fluss, der die gleiche Wassermenge transportiert. Dabei ist er deutlich stabiler als der schnelle Strom. Im Falle der MicroLEDs bedeutet dies: Tausende von unabhängigen Kanälen übertragen Photonen in Mustern, die an QR-Codes erinnern.


Paolo Costa hält eines der neuen MicroLED-Kabel mit zwei angeschlossenen Transceivern. Die Transceiver enthalten Technik, die Photonen in nutzbare Daten umwandelt.
Chris Welsch für Microsoft



Nach Aussagen der Microsoft-Forscher bietet dies RZ-Betreibern immense Vorteile. Dabei hebt die Research-Mannschaft drei hervor:




Energieersparnis:




Das Micro-LED-System verbraucht schätzungsweise 50 Prozent weniger Energie als herkömmliche laserbasierte Glasfasernetze.




Kosteneffizienz:




MicroLEDs sind günstiger in der Herstellung und weisen eine längere Lebensdauer auf.




KI-Optimierung:




Innerhalb von Rechenzentren ist das System in den Augen der Forscher dafür prädestiniert, die Verbindung zwischen Servern und GPUs zu optimieren – das Herzstück jeder KI-Infrastruktur.



Neue, schnellere Fasern


Die Hohlkern-Glasfaser-Technologie (HCF) von Microsoft ist so konzipiert, dass sie mit bestehender Single-Mode-Glasfaser-Hardware (SMF) kompatibel ist. Das erleichtert die Installation und ermöglicht eine flexible, breite Nutzung.
Microsoft



Ergänzt wird diese Innovation durch neu entwickelte Hollow Core Fiber (HCF). Im Gegensatz zu herkömmlichen Glasfasern reist das Licht hier durch einen hohlen, mit Luft gefüllten Kern. Mit diesem Kniff erzielen die Forscher eine um bis zu 47 Prozent schnellere Datenübertragung. Und das verbunden mit einer um 33 Prozent geringeren Latenz.



Für Cloud-basierte KI-Systeme eröffnet das völlig neue Möglichkeiten in Sachen Flexibilität. So können Rechenzentren nun weiter voneinander entfernt platziert werden, ohne dass die Reaktionszeit leidet. „Das bedeutet weniger Gebäude, weniger Strom, weniger Generatoren und weniger Energie“, unterstreicht Frank Rey, General Manager für Azure Hyperscale Networking bei Microsoft, die Vorteile der Hohlfaser. HCF wurde an der University of Southampton entwickelt und später von einem Spin-off-Unternehmen namens Lumenisity weiterentwickelt, das 2022 von Microsoft übernommen wurde.



Ein Weg zu effizienteren KI-Rechenzentren?



Was in den Laboren als komplexer Aufbau aus Linsen und Sensoren begann, wurde mit Blick auf die MicroLEDs bereits zu einem Transceiver miniaturisiert. Dieser ist kaum größer als ein Daumen und kann direkt in bestehende Server gesteckt werden.



Diese technologische Synergie aus MicroLEDs und HCF ist mehr als nur ein Hardware-Upgrade. Es könnte das Fundament für eine Zukunft sein, in der KI-Dienste nicht nur schneller, sondern auch nachhaltiger und kostengünstiger bereitgestellt werden können.