AI op grote schaal inzetten? ‘Gebruik fotonische chips’
Fotonica kan een cruciale rol spelen bij het energiezuiniger laten draaien van AI.
Published on September 11, 2025
Onze DATA+ expert Elcke Vels duikt in AI, cyber security en innovatie. In haar ‘What if…’ column verkent ze gedurfde scenario’s buiten de status quo.
AI helpt de samenleving vooruit, maar heeft een keerzijde: het vreet energie. Dus is er werk aan de winkel. Fotonica kan een cruciale rol spelen bij het energiezuiniger laten draaien van AI. Door data met licht in plaats van elektriciteit te verplaatsen, verbruiken AI-chips en andere systemen namelijk veel minder energie en kunnen ze informatie bovendien sneller verwerken. We interviewden Martijn Heck. Hij is hoogleraar bij de Photonic Integration-groep op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e). Heck is een van de sprekers op de Watt Matters in AI-conferentie.
Wat is de kernboodschap die je wilt overbrengen op Watt Matters in AI?
“De boodschap is vrij eenvoudig: computers en chips worden steeds krachtiger, maar we moeten ook zorgen dat ze energie-efficiënt zijn. De wet van Moore laat zien dat het aantal transistors op een chip ongeveer elke twee jaar verdubbelt. Dat betekent dat computers, supercomputers en zelfs de chips in je telefoon steeds sneller en krachtiger worden. Maar als elke transistor dezelfde hoeveelheid energie zou gebruiken, zouden we enorme hoeveelheden energie nodig hebben, en dat is natuurlijk niet haalbaar. Daarom is er De wet van Koomey, die stelt dat de energie per berekening iedere twee jaar gehalveerd moet worden. Dat lukt verrassend goed; je telefoon van nu is vele malen krachtiger dan die van tien jaar geleden, maar kan nog steeds een dag meegaan op één batterij. Onder meer fotonica kan een belangrijke rol spelen in het energiezuinig maken van systemen en chips.”
Vertel: hoe kan fotonica ervoor zorgen dat AI zuiniger wordt?
“Een van de grootste uitdagingen blijft het transport van data. Of het nou gaat om data uitwisselen tussen servers in een AI-datacenter, of om data verplaatsen op een chip zelf. Op dit moment gaat ongeveer de helft van de energie naar transport. Dat komt omdat elektrische signalen door koperdraden weerstand tegenkomen: ze verliezen energie in de vorm van warmte. Hier kan fotonica een belangrijke rol spelen, doordat data met licht in plaats van elektrische signalen veel sneller en efficiënter kan worden verplaatst.”
Wat is een noemenswaardige ontwikkeling in de wereld van fotonica waar jij enthousiast over bent?
“Nvidia bijvoorbeeld, heeft prototypes ontwikkeld van chips waarbij de rand niet alleen metalen pootjes heeft, maar ook fotonische transceivers – kleine zendertjes die via glasvezel communiceren. Dit noemen ze co-packaged optics. Kort gezegd: door licht rechtstreeks in de chiparchitectuur te integreren, wordt het netwerk zelf veel efficiënter en kan er meer stroom naar de berekeningen in plaats van naar het dataverkeer. Dat is onder meer cruciaal voor AI-fabrieken met honderdduizend GPU’s.”
Op welk gebied binnen de fotonica ligt jouw belangrijkste focus?
“Mijn groep is sterk in integratie. In de media hoor je voortdurend over ‘baanbrekende oplossingen’. Bijvoorbeeld over dat iemand een nieuwe laser of modulator heeft uitgevonden. Maar als zo’n component niet goed samenwerkt met de andere, dan heb je niet zoveel aan een baanbrekende ontwikkeling. Wij zijn de enige groep in Nederland die zich richt op dergelijke fotonische integratie en zorgen ervoor dat al die verschillende onderdelen samen functioneren. Een belangrijke uitdaging is om technologieën die nog nieuw zijn, produceerbaar te maken.”
Heb je een voorbeeld van een project waar jullie aan hebben gewerkt?
“We hebben in het verleden bijvoorbeeld gewerkt aan golfgeleiders op een chip. Deze golfgeleiders gebruiken we om licht te sturen, een beetje zoals mini-glasvezels. We hebben de verliezen voor het licht zo laag mogelijk gemaakt, zodat we kleine netwerkjes op een chip kunnen bouwen. Nu werken we aan het toevoegen van kleine schakelaartjes, via wat we heterogene integratie noemen. Deze schakelaartjes moeten natuurlijk zo energiezuinig mogelijk zijn. Zo kunnen we uiteindelijk chips bouwen die duizenden Gigabit-per-seconden kunnen schakelen, in de knooppunten van een datacenter of AI supercomputer.”
Kortom: jij denkt dat (geïntegreerde) fotonica ervoor gaat zorgen dat AI straks een stuk energiezuiniger wordt?
“Zeker, en dat gebeurt al. De grootschalige toepassing van fotonica binnen AI chips kan nog even duren, maar deze worden al wel onderling verbonden via fotonica in een datacenter. Als we over elektronische chips praten, hebben we het wel over de meest geavanceerde technologie ter wereld en we kunnen eigenlijk niet sneller rennen dan we al doen. Als je een chip ontwerpt op de meest geavanceerde platforms, zoals die van TSMC, kost dat tegenwoordig al snel zo’n €700 miljoen. Je moet er dus absoluut zeker van zijn dat het ontwerp klopt en dat het productieproces goed werkt. Daarom worden nieuwe technologieën altijd zo veel mogelijk uitgesteld. Dus alleen als het echt niet anders meer kan, vervangen we de koperlijntjes door optische golfgeleiders. Dat gebeurde in het verleden binnen datacenters, en binnen een aantal jaar in de chips.”
