Intel hat auf der Internationalen Konferenz für Festkörperkreise ISSCC in San Francisco seinen neuen Heracles-Prozessor vorgestellt, der speziell für die beschleunigte Berechnung mittels vollhomomorpher Verschlüsselung (FHE) entwickelt wurde. FHE ermöglicht es, Daten in verschlüsselter Form zu verarbeiten, ohne sie zuvor zu entschlüsseln, was die Privatsphäre von Nutzern in Cloud-Umgebungen erheblich stärkt. Bisher war diese Technologie jedoch aufgrund extrem langer Rechenzeiten auf Standard-CPU- und GPU-Architekturen nur schwer praktikabel. Das von Intel präsentierte Heracles-System stellt einen massiven Durchbruch dar. Im Vergleich zu einem leistungsstarken Intel Xeon-Serverprozessor beschleunigt der neue Chip FHE-Aufgaben um bis zu 5.000-fache. In Live-Demonstrationen, die unter anderem die Überprüfung von Wahlstimmen simulierten, reduzierte sich die Rechenzeit für 100 Millionen Stimmzettel von über 17 Tagen auf lediglich 23 Minuten. Der Prozess, der auf einem Standard-CPU 15 Millisekunden dauerte, wurde auf dem Heracles-Chip in nur 14 Mikrosekunden erledigt. Der Heracles-Chip zeichnet sich durch seine enorme physische und leistungstechnische Skalierung aus. Mit einer Größe von rund 200 Quadratzentimetern ist er etwa zwanzigmal größer als bisherige Forschungs-Chips und wurde in Intels fortschrittlichster 3-Nanometer-FinFET-Technologie gefertigt. Zur Versorgung der 64 Rechenkerne mit den für FHE typischen Datenmengen sind zwei 24-Gigabyte-Speicherchips mit hoher Bandbreite integriert. Die Architektur nutzt eine spezielle Anordnung aus 64 Tile-Pairs in einem 8x8-Raster, die als SIMD-Rechenwerke fungieren und komplexe mathematische Operationen wie Polynomarithmetik parallel verarbeiten. Die Entwicklung des Chips, die fünf Jahre dauerte und im Rahmen eines DARPA-Programms initiiert wurde, adressiert die grundlegenden Herausforderungen von FHE. Dazu gehört die massive Vergrößerung der Datenmengen bei der Verschlüsselung sowie die Notwendigkeit präziser Berechnungen mit sehr großen Zahlen, die Standardprozessoren überfordern. Heracles bewältigt diese Aufgabe durch eine spezialisierte Architektur, die Datenbewegungen von den eigentlichen Rechenoperationen entkoppelt, indem sie drei synchronisierte Instruktionenströme gleichzeitig ausführt. Während Intel die Skalierbarkeit seines Prototyps demonstriert hat, arbeiten auch andere Unternehmen an ähnlichen Lösungen. Startups wie Niobium Microsystems planen, den ersten kommerziell verfügbaren FHE-Beschleuniger auf Basis einer Partnerschaft mit Samsung Foundry herauszubringen. Auch Unternehmen wie Optalysys forschen an photonischen Chips, die noch weitergehende Geschwindigkeitssteigerungen durch physikalische Rechenverfahren versprechen. Intel plant zudem, die Software für den Heracles-Chip zu optimieren und zukünftig noch komplexere Probleme zu lösen. Mit der Vorstellung des Heracles-Prozessors gilt das Unternehmen als führender Akteur in der Entwicklung von Hardware, die sichere Datenverarbeitung in der Cloud für den breiten Markt praktisch nutzbar macht.