Das Ende der Silizium-Ära: KI krempelt die globale Energieversorgung um

Der rasante Aufstieg der generativen Künstlichen Intelligenz (KI) stellt die traditionelle Silizium-Paradigmen der Datenverarbeitung zunehmend vor unüberwindbare Hürden – insbesondere im Hinblick auf den Energiebedarf. Schätzungen zufolge verbraucht eine durchschnittliche Anfrage an ein großes Sprachmodell etwa 0,3 Wattstunden. Klingt zunächst nach wenig, summiert sich jedoch bei Milliarden täglicher Anfragen zu einem gigantischen Stromhunger.

Die Dimension des Problems wird besonders deutlich, wenn man die Energiebilanz von Bild- und Videogenerierungsmodellen betrachtet: Für die Erstellung weniger Sekunden Videomaterial wird oft so viel Energie benötigt wie eine Mikrowelle in einer Stunde Arbeit verbraucht. Dies verdeutlicht den immensen Druck, der auf den bestehenden Energieinfrastrukturen lastet.

Die Hauptlast dieser Energienachfrage konzentriert sich auf Rechenzentren. Dort steigt die Leistungsdichte pro Server-Rack bereits von vormals 10–15 kW auf beachtliche 50–70 kW an. Diese Entwicklung verändert die technologischen Anforderungen an die Infrastruktur grundlegend. Großstädte, einschließlich Moskau, sehen sich durch diesen zusätzlichen Bedarf, kombiniert mit der Elektrifizierung des Verkehrs und anderen Laststeigerungen, mit einer wachsenden Belastung ihrer Netze und Umspannwerke konfrontiert.

Experten warnen eindringlich davor, dass die unkontrollierte Expansion sogenannter „KI-Farmen“ zu lokalen Überlastungen führen könnte, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Um diesen enormen Energiehunger der KI zu stillen und gleichzeitig die ökologischen Verpflichtungen einzuhalten, sind Staaten und Unternehmen gezwungen, innovative Energielösungen zu entwickeln. Technologieführer im Westen haben bereits unkonventionelle Ansätze getestet. Ein bekanntes Projekt sah vor, Server unter Wasser zu platzieren, um die natürliche Kühlleistung des Ozeans zu nutzen. Dieses Vorhaben scheiterte jedoch an der beschleunigten Korrosion der Hardware und den daraus resultierenden hohen Betriebskosten.

Parallel dazu forcieren Großkonzerne wie Google und Amazon die Umstellung ihrer Rechenzentren auf erneuerbare Energiequellen. Dennoch ist festzustellen, dass der steigende Bedarf an KI-gestützten Berechnungen die Geschwindigkeit des Ausbaus grüner Stromerzeugung derzeit übersteigt.

Im europäischen Rechtsrahmen nimmt die Regulierung eine Vorreiterrolle ein, da KI und Rechenzentren fest in die Klimastrategie der EU integriert sind. Im Rahmen des EU AI Act müssen Betreiber der leistungsstärksten Modelle den Energieverbrauch während der Trainings-, Feinabstimmungs- und Betriebsphasen detailliert dokumentieren. Dies etabliert Energieeffizienz als formelles Kriterium für die Bewertung neuer Technologien.

Ergänzend dazu schreibt die Energieeffizienzrichtlinie die Führung eines öffentlichen Registers für alle Rechenzentren mit einer Leistung von über 500 kW vor. Dieses Register muss spezifische Kennzahlen offenlegen, darunter den Gesamtverbrauch, den Anteil erneuerbarer Energien (EE) und den PUE-Wert (Power Usage Effectiveness), welcher das Verhältnis des Gesamtstromverbrauchs zur tatsächlichen IT-Last abbildet.

Die Ökodesign-Verordnung sorgt zudem dafür, dass die ineffizientesten Server und Speichersysteme vom europäischen Markt ausgeschlossen werden. Dies signalisiert, dass das „Ende der Silizium-Ära“ nicht nur von der Rechenleistung, sondern auch von den spezifischen Energiekosten der Technologien bestimmt wird.

Hinsichtlich der Situation in Russland sehen Branchenexperten eine ambivalente Lage. Einerseits kämpft das Energiesystem mit veralteter Infrastruktur und drohenden Überlastungen. Andererseits verfügt das Land über erhebliche Kapazitäten ungenutzter Atomkraftwerke sowie über das Potenzial des Begleitöls und -gases.

Die vorgeschlagene Strategie sieht vor, Rechenzentren gezielt in der Nähe großer Energiequellen, insbesondere von Kernkraftwerken, zu errichten. Dies hätte den Vorteil, Übertragungsverluste zu minimieren und die Rechenzentren mit relativ „sauberer“ Energie zu versorgen. Ein zusätzliches Reservoir bietet die Errichtung von Gasturbinenkraftwerken, die mit Begleitgas in abgelegenen Regionen betrieben werden. Dadurch wird eine Ressource, die andernfalls ungenutzt verbrannt würde, zur Stromversorgung von KI-Clustern nutzbar gemacht.

Parallel zur Sicherstellung der reinen Energieversorgung rückt die Effizienzsteigerung der digitalen Infrastruktur selbst in den Fokus. Der PUE-Wert wird zur zentralen Metrik für Rechenzentren. Weltweit führende Anlagen erreichen dank präziser Planung, digitaler Zwillinge, adaptiver Betriebsmodi und moderner Kühlsysteme Werte um 1,15.

Auch die Flüssigkeitskühlung für Server und insbesondere Grafikkarten (GPUs) rückt in den Diskurs, ein Verfahren, das in China bereits Anwendung findet, in Russland jedoch noch eine Seltenheit darstellt. Auf Softwareebene werden Methoden zur „Kompression“ von KI-Modellen erforscht, bei denen Anfragen nur durch einen Teil des Modells verarbeitet werden. Dies reduziert den Bedarf an GPUs und senkt den Energieverbrauch, oft ohne spürbare Qualitätseinbußen bei typischen Anwendungen.

Ein weiterer wichtiger Diskussionspunkt betrifft die markt- und regulierungsseitigen Anreize, welche die neue Ordnung festigen sollen. Analysten mahnen, dass Russland Gefahr läuft, von internationalen Märkten ausgeschlossen zu werden, sollte es keine hohe Energieeffizienz bei seinen KI-Lösungen und Rechenzentren nachweisen können. Westliche Finanzinstitutionen orientieren sich zunehmend an ESG-Kriterien (Umwelt, Soziales, Unternehmensführung) und sind bereit, Projekte, die auf ineffizienten, „schmutzigen“ Technologien basieren, nicht zu unterstützen.

Als Reaktion darauf wird vorgeschlagen, Subventionen und Vergünstigungen für Entwickler und Betreiber von Rechenzentren an den Nachweis der Effizienz zu knüpfen, idealerweise unterstützt durch Building Information Modeling (BIM) und digitale Zwillinge, um eine rein formale Erfüllung grüner Initiativen zu verhindern.

Schließlich wird die neue Energielandschaft rund um die KI nicht nur als Frage von Kilowattstunden betrachtet, sondern als Chance zur Neugestaltung der städtischen Umgebung. Ein vielversprechendes Konzept ist die Integration von Rechenzentren mit städtischen Farmen: Die Abwärme der GPUs wird zur Beheizung vertikaler Gewächshäuser genutzt, die Metropolen mit frischen Produkten versorgen und lange Transportwege eliminieren.

Die Umsetzung solcher Projekte erfordert neue Standards, Bauvorschriften und Mechanismen der Zusammenarbeit zwischen IT-Firmen, Agrarunternehmen und Bauträgern. Befürworter dieses Ansatzes sehen darin die Möglichkeit, gleichzeitig den CO2-Fußabdruck zu senken, Arbeitsplätze zu schaffen und die Resilienz der Städte zu erhöhen. In diesem Sinne bedeutet das „Ende der Silizium-Ära“ den Übergang in eine Epoche, in der Berechnung, Energie und städtische Infrastruktur als ein einziges, eng miteinander verwobenes System betrachtet werden.