Spanien entwickelt nichtflüchtigen, reprogrammierbaren photonischen Chip für 6G und Quantentechnologien
Ein Forscherteam der Polytechnischen Universität Valencia unter der Leitung von Professor José Capmany hat einen photonischen Chip entwickelt, der ohne konstante Stromversorgung mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten kann. Die in Nature Photonics veröffentlichten Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung programmierbarer integrierter Schaltungen in der 6G-Telekommunikation und im Quantencomputing.
Einblick jenseits des Hypes: Analyse des spanischen nichtflüchtigen photonischen Chips von José Capmanys Team
Während die Welt an der WWDC klebte und Besuche von CEOs großer KI-Unternehmen in Korea verfolgte, geschah in Valencia etwas anderes. Leiser, bescheidener – und vielleicht bedeutender. Ein Team unter der Leitung von Professor José Capmany von der Polytechnischen Universität Valencia veröffentlichte ein Ergebnis in Nature Photonics, das in zwei oder drei Jahren viele als „Wendepunkt“ bezeichnen werden. Und wissen Sie was? Sie werden recht haben.
Der Durchschnittsleser liest: „nichtflüchtiger reprogrammierbarer Chip.“ Der Insider sieht: ein Todesurteil für thermo-optische Heizer und die Morgenröte einer Ära, in der Licht lernt, sich zu „erinnern“ wie Silizium, aber ohne Überhitzung. Das ist nicht nur ein weiterer Chip. Das ist ein Bruch mit dem Kanon, der die photonische integrierte Schaltungstechnik der letzten 15 Jahre beherrscht hat.
Das Wesentliche: Was wirklich passiert
Capmany und sein Team haben ein grundlegendes Problem gelöst, das die Skalierung photonischer Prozessoren behindert hat. Bisher benötigte jeder programmierbare photonische Chip (im Wesentlichen ein „Mikroprozessor für Licht“) konstantes Erhitzen mikroskopischer Widerstände, um die Phase des Lichts zu ändern – der sogenannte thermo-optische Effekt. Jeder solche Heizer verbraucht Energie, erwärmt das Gehäuse und macht es unmöglich, Chips mit Tausenden von Komponenten herzustellen.
Die Forscher ersetzten die Architektur. Statt konstantem Heizen verwendeten sie eine hybride Plattform aus Silizium + Bariumtitanat (BaTiO₃). Dies ist ein ferroelektrisches Material: Es behält die Polarisation (und damit den konfigurierten optischen Zustand) bei, nachdem die Stromversorgung unterbrochen wurde. Grob gesagt haben sie ein Analogon zu nichtflüchtigem Flash-Speicher für Licht geschaffen, aber auf der Ebene des Schaltens optischer Pfade.
Die Zahlen sprechen für sich. Die Schaltzeit liegt in der Größenordnung von 80 Nanosekunden. Das ist zwei Größenordnungen besser als jedes thermo-optische System (das im Mikrosekundenbereich arbeitet). Die statische Leistungsaufnahme ist praktisch null. Bei aktuellen Technologien benötigt jedes Element einer programmierbaren Matrix rund um die Uhr Watt an Wärme. Hier benötigt die Konfiguration überhaupt keine Energie.
Zeitplan und Kontext
Capmanys Team ist kein Neuling. Sie sind seit langem Weltmarktführer in der programmierbaren Photonik. Das Spin-off-Unternehmen iPronics, das Capmany mitbegründet hat, schloss 2025 eine 20-Millionen-Euro-Runde mit Beteiligung von Triatomic Capital ab und testet seine Lösungen bereits mit Vodafone.
Die aktuelle Veröffentlichung in Nature Photonics ist jedoch das Ergebnis eines Konsortiums:
| Teilnehmer | Rolle | Land |
|---|---|---|
| Lumiphase AG | Materiallieferant | Schweiz |
| CEA Leti | Prototypenfertigung Siliziumphotonik | Frankreich |
| Griechische Universität | Wissenschaftlicher Partner | Griechenland |
Dies ist Europas Antwort auf das Monopol der USA und Chinas in der Chipfertigung.
Wichtiger Kontext: April 2026. Erst vor zwei Monaten veröffentlichte dasselbe Capmany-Team eine neue Informationstheorie in Advanced Photonics – „Analog Photonic Information“ (API) – und führte das Konzept des „Anbits“ (analoges Bit) ein. Dieses Anbit kann 10–100 Mal mehr Informationen tragen als ein digitales Bit, benötigt aber grundlegend neue Hardware zur Verarbeitung. Der jetzt angekündigte Chip ist die erste physische Verkörperung dieser Theorie. Zuerst die Mathematik (April 2026), jetzt ein funktionierender Prototyp (Juni 2026). Ein rasantes Tempo. Warum ist das gerade jetzt wichtig? Weil die Datenlawine aus KI, 6G und dem Internet der Dinge die Elektronik einfach überfordert. Laut Capmanys eigener Schätzung hat die Elektronik 85–90 % ihrer physikalischen Grenze erreicht. Der Wettlauf um das nächste Jahrzehnt ist ein Wettlauf um die Photonik. Die Spanier haben gerade eine Barriere gesetzt.
Wer gewinnt und wer verliert
Europa als Ganzes gewinnt, und Spanien im Besonderen. Europa hat bereits drei Megaprojekte für photonische Chipfabriken: Vigo (III-V-Materialien), Barcelona (Silizium) und Valencia (hybrides Silizium-Bariumtitanat). Jetzt hat Valencia nicht nur eine Fabrik, sondern einen architektonischen Vorteil. CEA Leti (Frankreich) war an der Entwicklung beteiligt – Frankreich wird dieses Know-how für seine Linien erhalten.
iPronics gewinnt. Der kommerzielle Arm des Labors. Ihr CTO Daniel Pérez spricht direkt von „Überwindung des Haupthindernisses.“ Mit einem solchen Chip kann iPronics nicht nur ein „photonisches FPGA“ verkaufen, sondern ein „photonisches FPGA, das nicht heizt und im Leerlauf keinen Strom verbraucht.“ Für Rechenzentren, in denen Stromrechnungen nach Gehältern der zweitgrößte Kostenfaktor sind, ist das ein Angebot, das man nicht ablehnen kann.
Entwickler von 6G- und Quantentechnologien gewinnen. 80 Nanosekunden sind schnell genug für Paketvermittlung in Rechenzentren bei Failover. Und die fehlende Wärme ist entscheidend für Quantencomputing: Jede photonische integrierte Schaltung für Qubits leidet unter parasitärer Wärme. Jetzt ist diese Barriere beseitigt.
Hersteller traditioneller thermo-optischer Chips verlieren. Startups und F&E-Zentren, die Milliarden in Technologien auf Basis von dotiertem Silizium mit Heizung investiert haben. Ihre Patente zur „Phasensteuerung durch Wärme“ sind Schnee von gestern. Einige (wie Klein Tools oder LioniX) müssen dringend auf Bariumtitanat umsteigen.
NVIDIA verliert (teilweise). Es klingt verrückt, aber der Trend ist klar. Photonische Beschleuniger für KI werden allmählich Realität. Während NVIDIA dominiert, ermöglicht Photonik analoges Rechnen mit enormer Geschwindigkeit. Wenn iPronics seinen Chip auf Tausende programmierbarer Elemente skaliert, werden einige lineare Algebra-Aufgaben (Matrixmultiplikation) von GPUs auf photonische Platinen verlagert. Eine langfristige Bedrohung, aber sie zeichnet sich jetzt ab.
Was die Medien nicht sagen
Und hier ist die wichtigste Erkenntnis, die niemand, der über den „Durchbruch in Spanien“ schreibt, sehen wird.
Die Medien erwähnen nicht, dass Bariumtitanat (BaTiO₃) ein bekanntermaßen schwieriges Material in der Herstellung ist. Seine Integration mit Silizium galt für die Massenproduktion als „unlösbar.“ Capmanys Team hat zusammen mit Lumiphase AG und CEA Leti geschafft, was Intel und GlobalFoundries auf ihren experimentellen Linien nicht konnten. Sie fanden einen Weg, BaTiO₃ auf einem Standard-Siliziumchip abzuscheiden oder wachsen zu lassen, während die ferroelektrischen Eigenschaften erhalten blieben. Wenn dieser Prozess auf kommerzielle Linien übertragen wird, öffnet er die Tür zu einer hybriden elektronisch-photonischen Architektur, bei der Elektronik Silizium steuert und Licht Daten verarbeitet – mit Schalten ohne Heizung.
Zweite Nuance: 80 Nanosekunden sind gut, aber für CPUs immer noch langsam. Eine Schaltfrequenz von 12,5 MHz (1/80 ns) wirkt bescheiden im Vergleich zu Gigahertz-Elektroniktransistoren. Das bedeutet: Der Chip wird Logik nicht ersetzen, sondern als rekonfigurierbare optische Matrix (Flow-Router) arbeiten, nicht als Echtzeit-Rechenkern. Aber für 6G-Schaltung und Rekonfiguration photonischer Prozessoren ist es ideal.
Dritte Nuance: Die statische Leistungsaufnahme ist auf null gesetzt, aber die dynamische (Schalten) benötigt immer noch Energie. Das Schalten eines 80-Nanosekunden-Gatters kostet immer noch Strom. Aber die Hauptleistung liegt woanders: Früher verbrauchte ein Chip mit 1000 Heizern konstant 100 W. Jetzt verbraucht ein Chip mit 1000 Schaltern 0 W im Standby und nur Spitzen bei der Rekonfiguration. Für batteriebetriebene IoT-Geräte und tragbare Quantensensoren ist das ein Game-Changer. Geben Sie zu, der Unterschied ist signifikant.
Prognose: Nächste 30 Tage und 90 Tage
30 Tage:
- Roadmap von iPronics. Das Unternehmen wird Pläne für ein kommerzielles Field-Programmable Photonic Gate Array (FPPGA) auf Basis der neuen Technologie ankündigen. Zeitrahmen: 18–24 Monate. Investition in die Produktionslinie: rund 30–40 Millionen Euro.
- Interesse von Hyperscalern. Google, AWS und Microsoft (die bereits iPronics-Prototypen getestet haben) werden technische Muster für ihre Rechenzentren anfordern. Schwerpunkt: Einsatz des Chips für optisches Schalten in großen KI-Clustern, wo der Austausch elektronischer Schalter durch photonische Hunderte Megawatt einsparen könnte.
- Wissenschaftliche Debatte. Preprints von MIT und Caltech werden auftauchen, die die „lange Schaltzeit“ kritisieren (80 ns vs. das „theoretische Limit“ von Pikosekunden bei Konkurrenten mit Flüssigkristallen). Ein „photonischer Krieg“ der Veröffentlichungen beginnt.
90 Tage (September 2026):
- Konsolidierung im europäischen photonischen Ökosystem. Da das NEoteRIC-Projekt (biomedizinische Photonikanwendungen) diese Chips bereits verwendet, werden wir das erste kommerzielle Produkt sehen: ein tragbares Spektrometer oder Blutsensor, der von einem nichtflüchtigen photonischen Chip angetrieben wird. Dies wird die Aufmerksamkeit von Pharmariesen (Roche, Bayer) auf sich ziehen.
- Beginn der Verhandlungen mit ASML. ASML (Niederlande) ist an jeder Optik für seine EUV-Scanner interessiert. Die BaTiO₃-Technologie der UPV könnte verwendet werden, um präzisere und energieeffizientere Steuerelemente in Lithografiemaschinen zu schaffen.
- Patent-Pool. iPronics und UPV werden internationale Patente für die Architektur des „nichtflüchtigen feldprogrammierbaren photonischen Gate-Arrays“ anmelden. Dies schafft eine Schutzbarriere gegen chinesische Wettbewerber, die immer noch versuchen, dasselbe Problem mit Phasenwechselmaterialien (GST, SbTe) zu lösen.
Fazit für Strategen
Was hat José Capmany getan? Das ist nicht nur eine technische Meisterleistung. Es ist eine Übersetzung der Photonik von der Kategorie „interessante Labortechnologie“ zu „lebensfähiger industrieller Alternative.“ Bisher stieß die programmierbare Photonik an eine thermische Barriere: Um einen komplexen Chip herzustellen, musste man enorme elektrische Leistung zuführen und die Wärmeableitung lösen. Jetzt ist die Barriere weg. Der Chip kann auf Tausende und Zehntausende von Elementen skaliert werden, wodurch echte photonische Prozessoren entstehen, die nur Energie verbrauchen, wenn ihre Konfiguration geändert wird.
Für Europa, das die elektronische Chip-Revolution verpasst hat (ASML ist der einzige Lichtblick), ist dies eine Chance, sich in der nächsten technologischen Ära eine Nische zu schaffen. Für Investoren ist es ein Signal, sich Unternehmen anzusehen, die mit BaTiO₃ arbeiten und Ferroelektrika in die Standard-CMOS-Lithografie integrieren. Wer jetzt einsteigt, wird in drei Jahren die Früchte ernten, wenn 6G und Post-Silizium-Computing zum Mainstream werden.
— Editorial Team
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