Erhöhter Energieverbrauch Konkurrenz um Strom: Neue Hardware soll KI stromeffizienter machen

• Chips gezielt aktivieren für mehr Energieeffizienz
• Bundesnetzagentur sieht wachsenden Strombedarf durch Rechenzentren kritisch
• Experte fordert stärkeren Fokus auf Umweltfußabdruck von digitalen Dienstleistungen

Energie nur dorthin schicken, wo sie in dem Moment gebraucht wird. Die Platine "Spinnaker 2" funktioniert wie ein menschliches Gehirn. In sechs Reihen sind 48 hochkomplexe Chips auf einem Board aufgereiht – die Boards können selbst nochmal zu größeren Clustern kombiniert werden. Bearbeitet der Rechner eine Aufgabe, werden aber gezielt nur wenige Chips aktiviert.

Was einfach klingt, ist bisher keineswegs selbstverständlich. Auf der bisher verbreiteten Hardware von Nvidia etwa – dem bisher führenden Hersteller von KI-Chips – müsse der gesamte Prozessor und Speicher dauerhaft am Laufen gehalten werden, erklärt Christian Mayr. Der Professor für Neuromikroelektronik an der TU Dresden hat den "Spinnaker 2" entwickelt. 

Inzwischen verkauft das Start-up "Spinncloud Systems" den Supercomputer vor allem an Forschungseinrichtungen weltweit. Mit den Sandia National Labs nutzt auch ein führendes US-Forschungszentrum für Rechentechnik die Hardware aus Dresden. "Wir sind sehr stolz, dass wir in diese Liga vorstoßen konnten", sagt Christian Eichhorn, Geschäftsführer von "Spinncloud".

Um tatsächlich auch den Mainstream großer Unternehmen zu erreichen, fehlt allerdings noch ein konkreter Anwendungsfall.

"Wenn wir beispielsweise zeigen können, dass wir einen Impfstoff deutlich schneller ausrechnen können als das bisher der Fall ist, dann wird die Pharmaindustrie natürlich automatisch darauf aufmerksam", erklärt Eichhorn. Sobald so etwas gelänge, könnte das Start-up schnell einen ähnlichen Aufstieg hinlegen wie Nvidia, hofft der Geschäftsführer. Auch der US-Konzern war aus der Forschung heraus gestartet. 

Eichhorn verweist aber nicht nur auf technische Grenzen, an die bisherige Hardware bei KI-Anwendungen stößt. Auch der rasant wachsende Strombedarf von Rechenzentren – angetrieben durch den Hype um KI – beschäftigt ihn. "Wenn sich dieser Trend weiter so fortsetzt, funktioniert das nicht", sagt Eichhorn.

Die Bundesnetzagentur erwartet, dass der Strombedarf von Rechenzentren in Deutschland bis zum Jahr 2045 auf das Doppelte bis Fünffache steigen könnte. Bis zu 88 Terawattstunden (TWh) könnten es dann sein – 2022 waren es rund 18 TWh. Schon heute erklärt die Behörde, "dass bei einzelnen Netzbetreibern Anfragen von Rechenzentren vorliegen, die die derzeit vorhandenen Kapazitäten überschreiten". Besonders rund um den Internetknoten in Frankfurt am Main und in Ballungsgebieten wie Berlin oder München wird Strom bereits zur knappen Ressource. 

"In Deutschland sprießen die Rechenzentren gerade tatsächlich wie Pilze aus dem Boden", sagt Jens Gröger, der sich im Öko-Institut vor allem mit nachhaltiger Informations- und Kommunikationstechnik befasst. Er verweist auf ein Hyperscale-Rechenzentrum, das der Tech-Konzern Microsoft im Rheinischen Revier plant. Für KI und Cloud-Dienste soll der sogenannte Hyperscaler auf einer Fläche von 200.000 Quadratmeter entstehen. Der Strombedarf des Megaprojekts werde einer Stadt wie Chemnitz gleichen, sagt Gröger. 

Die Konkurrenzverhältnisse um Strom wachsen damit – denn mit Antriebswende und Wärmewende gibt es bereits zwei große Bereiche, die mit dem geplanten Abschied von fossilen Brennstoffen einen steigenden Strombedarf haben. Zwar kann KI in vielen Bereichen wichtige Entwicklungen voranbringen: Beispielsweise die Kreislaufwirtschaft besser aufstellen, große Datenmengen in Echtzeit effizient verarbeiten oder allgemein technische Prozesse schlanker gestalten.

Doch keineswegs alle KI-Anwendungen sind im Sinne des Klima- und Umweltschutzes, betont Gröger. Oft gehe es vielmehr darum, zusätzliche Produkte auf den Markt zu bringen und den Umsatz eines Unternehmens zu erhöhen. Gröger plädiert daher für mehr Transparenz über die Umweltauswirkungen von digitalen Diensten. Ähnlich wie bei Haushaltsgeräten könnte das dann dazu führen, dass sich im Wettbewerb die Anwendungen mit dem geringsten Umweltfußabdruck durchsetzen. 

In Dresden tüfteln die Macher des "Spinnaker 2" unterdessen an weiteren Möglichkeiten, den Energieverbrauch effizienter zu gestalten. Dafür haben sie sich mit dem ebenfalls in Dresden ansässigen Unternehmen "Additive Drives" zusammengetan und eine neue Luftkühlung entwickelt, die auf den "Spinnaker 2" optimiert ist. Ähnlich gezielt wie die einzelnen Chips für Rechenleistungen aktiviert werden, wird die Luftkühlung nur dorthin geleitet, wo tatsächlich Abwärme produziert wird. "Das kann man mit einer Wasserkühlung nicht", betont Christian Mayr von der TU Dresden.

Für Additive Drives sind Kühlsysteme für Rechenzentren bisher eine kleine Nische. Rennsport, Luftfahrt und Automobiltechnik sind das Kerngeschäft, betont Geschäftsführer Philipp Arnold. Doch in der Zusammenarbeit mit "Spinncloud" sieht er durchaus Potenzial. "Durch Änderungen der Energiepreise sehen wir, dass der Markt gerade deutlich am Wachsen ist", sagt er. Denn für Rechenzentren ist die Kühlung zentral – und gehört neben der Rechenleistung zu den großen Energiefressern.