Gehen wir die KI-Revolution mit dem „Kopf in der Cloud“ an?
Wenn ja, was ist eigentlich notwendig, um die ständig steigende Nachfrage nach Cloud-Speicher, Streaming, Virtualisierung, künstlicher Intelligenz und natürlich Blockchain-Anwendungen einschließlich digitaler Währungen zu bewältigen?
Datacenter!
… bei denen es sich um riesige Serverfarmen, bestehend aus Hunderten, manchmal Tausenden von Computer-Racks, die gestapelt und zusammengefasst sind handelt… und all das dreht sich um Strom?
Diese zunehmend leistungsfähigeren Computerchips (die all diese Funktionen und Anwendungen ermöglichen) benötigen erhebliche Mengen an Energie, um ihre komplexen parallelen Operationen auszuführen. Natürlich wird die neueste Chiptechnologie (einschließlich Quantencomputer) und auch neue Technologies, siehe DeepSeek, immer energieeffizienter, aber der gesamte Strombedarf wird sich dennoch vervielfachen.
Werfen wir einen Blick auf diese „neuen“ Infrastrukturprojekte im industriellen Maßstab, die unser künftiges Leben bestimmen werden, und analysieren sie genauer.
Das Oxford-Wörterbuch sagt: „Eine große Gruppe von vernetzten Computer-Servern, die typischerweise von Organisationen für die Fernspeicherung, Verarbeitung oder Verteilung großer Datenmengen verwendet werden.“
“a large group of networked computer servers typically used by organizations for the remote storage, processing, or distribution of large amounts of data.”
Wikipedia geht weiter und fügt ein wichtiges Element hinzu: „Da IT-Operationen für die Geschäftskontinuität entscheidend sind, umfassen Datacenterin der Regel redundante oder Backup-Komponenten und Infrastrukturen für die Stromversorgung, Datenkommunikationsverbindungen, Umweltkontrollen (z. B. Klimaanlage, Brandschutz) und verschiedene Sicherheitsvorrichtungen. Ein großes Datacenter ist ein Betrieb im industriellen Maßstab, der so viel Strom wie eine mittlere Stadt verbraucht.„
“Since IT operations are crucial for business continuity, it generally includes redundant or backup components and infrastructure for power supply, data communication connections, environmental controls (e.g., air conditioning, fire suppression), and various security devices. A large data center is an industrial-scale operation using as much electricity as a medium town”.
- Datacenter, wo alles begann und wo stehen wir heute?
Cloud Computing hat vor weniger als einem Jahrzehnt wie eine Rakete abgehoben. Plattformen wie Dropbox, Unternehmenslösungen von Amazon und Microsoft und unzählige andere neue Cloud-Systeme gewannen während der Covid-Periode an Wichtigkeit. Tatsächlich übertrafen im Jahr 2019 Cloud-Infrastrukturdienste erstmals die Hard- und Software von Datacenter (90 Mrd. USD, laut Synergy Research Group [1]).
Gehen wir einen Schritt zurück zum ersten Datacenter (genannt „Mainframe“), das 1945 gebaut wurde, um den ENIAC an der University of Pennsylvania unterzubringen. Der Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC) war der erste elektronische digitale programmierbare Universalcomputer. Das US-Militär entwarf den ENIAC, um Artillerie-Schusstafeln zu berechnen. Er wurde jedoch erst Ende 1945 fertiggestellt. Sein erstes Programm war anscheinend eine Umsetzbarkeitsstudie für Atomwaffen. [2]
Mainframes aus den 50er und 60er Jahren markieren wahrscheinlich die legitime Geburt von Datacenter, große Gebäude, in denen riesige Computeranlagen mit Vakuumröhren und Lochkartensystemen untergebracht sind.
In den 60er Jahren wurde der erste Supercomputer, der CDC6600, eingeführt. Transistoren, Magnetbänder und Netzwerkfortschritte veränderten die Landschaft der „Datacenter“ in den 70er Jahren. Mikrocomputer der 80er Jahre verlagerten den Fokus auf Personal Computing, und erst in den 90er Jahren tauchte die „Erfindung“ des Internets und damit die Bedeutung großer „moderner“ vernetzter Datacenter wieder auf.
Heutige Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungen ermöglichen ein anderes Niveau von Virtualisierung, Streaming, Cloud Computing, KI, Blockchain und mehr. Datacenter sind wieder in den Fokus gerückt, weil ihr Strombedarf zu einem ernst zu nehmenden Thema geworden ist.
Da fortschrittliche Computerhardware die Effizienz steigert, wird der gesamte Energiebedarf weiter ansteigen und einen immer größeren Anteil am gesamten Stromverbrauch ausmachen, wie in Irland, wo Datacenter bereits über 20% des Strombedarfs ausmachen [3].
2. Charge me baby… Datacenter und KI brauchen Strom
Anscheinend gibt es weltweit bereits über 11.000 Datacenter, die oft räumlich konzentriert sind. Die IEA [3] stellte kürzlich zu Recht fest, dass wir die Dinge ins Verhältnis setzen müssen. Im Jahr 2024 entfällt auf Datacenter nur etwa 1 % oder über 300 TWh des weltweiten Stromverbrauchs (Deutschland verbraucht etwa 2 %), und der jährliche Stromverbrauch von Datencentern weltweit macht bisher etwa die Hälfte des Stromverbrauchs von IT-Haushaltsgeräten wie Computern, Telefonen und Fernsehern aus. Aber es gibt kein Land, das in den kommenden Jahren schneller wächst als das „Datacenterland“… wir werden also einige große Veränderungen erleben (Abbildung 1).
Die IEA erklärt weiter, dass in großen Wirtschaftssystemen wie den Vereinigten Staaten, China und der Europäischen Union Datacenter bereits 2-4 % des gesamten Stromverbrauchs ausmachen, und da sie in der Regel räumlich konzentriert sind, können ihre lokalen Auswirkungen erheblich sein. In mindestens fünf US-Bundesstaaten macht dieser Sektor bereits mehr als 10 % des Stromverbrauchs aus, während es in Irland 20 % des gesamten Stromverbrauchs sind.
- Die IEA informiert auch darüber, dass große Datacenter einen Strombedarf haben können, der dem eines Elektrolichtbogenofen-Stahlwerks entspricht. Allerdings ist es weniger wahrscheinlich, dass sich Stahlwerke in demselben geografischen Gebiet befinden wie Datacenter.
Bloomberg 2024 [4] kommentierte den aktuellen Boom: „AI Needs So Much Power That Old Coal Plants Are Sticking Around“… und das ist keine Übertreibung. Es wird erwartet, dass die Stromnachfrage in den USA auf 1,5 % pro Jahr oder mehr ansteigt und damit die schnellste Wachstumsrate seit den 1990er Jahren erreicht.
Elektrofahrzeuge, Batteriefabriken, Computerchipfabriken und andere von der Regierung geförderten „Clean Tech“-Produktionsanlagen werden nur einen Teil dieser steigenden Nachfrage ausmachen. Dies erhöht das Risiko eines Zusammenbruchs der Energienetze. Offensichtlich müssen alte und bald neue Kohlekraftwerke zum Einsatz kommen, denn es gibt kein einziges Datacenter, das mit einer intermittierenden Energiequelle wie Wind oder Solar oder sogar mit schwankenden Flussläufen wie der Wasserkraft betrieben werden kann (siehe meinen Blog über Wasserkraft).
Unter Berücksichtigung der neuen KI-Technologie hat Brian Gitt einmal richtig gesagt, dass ein einziger KI-GPU-Chip von Nvidia heute etwa so viel Strom verbraucht wie ein typischer US-Haushalt ohne KI.
Noch interessanter ist die Aussage, dass die Stromspitzenbedarfs („Peak Power“ in GW) für Datacenter schneller wachsen wird als der Stromverbrauch (TWh), was wir weltweit bereits beobachten können. McKinsey schätzt, dass sich die Spitzenleistung für Datacenter allein in den USA auf 80 GW [5] verdreifachen wird, was dem gesamten derzeitigen Stromspitzenbedarf Deutschlands entspricht. Eine solche ununterbrochene Stromspitzenbedarf zur Versorgung kann natürlich niemals aus einer Kombination von Wind, Solar und Batterien kommen, da Batterien nur kurzzeitige Energiespeicher sind.
Im World Energy Outlook 2024 der IEA [6] wurde der Stromspitzenbedarf zum ersten Mal ausführlicher diskutiert. Unabhängig von KI und Datacenter wird die Primärenergienachfrage weiter wachsen, wobei die Stromnachfrage voraussichtlich 6-mal schneller steigen wird als Primärenergie und die Stromspitzenleistung den durchschnittlichen Stromverbrauch übersteigt… über diese entscheidende Situation wird in den nationalen energiepolitischen Gremien nur sehr wenig gesprochen!
Energie ist ein dreistufiges System (siehe mein LinkedIn Post):
- Primärenergie
- 40 % der Primärenergie bilden die Grundlage für die Stromerzeugung
- Elektrizität,
- Strom ist die Grundlage für die Deckung des Stromspitzenbedarf
- Spitzenleistung,
Auch wenn die Entwicklung von Datacenter durch Engpässe in der Produktionskette und sogar durch die Stromnetz selbst behindert werden kann, schätzt die IEA [3] in ihrem Basisfall, dass Datacenter im nächsten Jahrzehnt 10 % des Wachstums der Stromnachfrage ausmachen werden, was ich als eher konservativ ansehe, trotz oder gerade wegen Technologien wie DeepSeek.
„Datacenter weisen eine außergewöhnlich hohe räumliche Konzentration auf, was angesichts ihres beträchtlichen Strombedarfs erhebliche Auswirkungen auf die lokalen Stromnetze hat“. Ich würde auch argumentieren, dass die Entwicklung von Datacenter zu mehr Ausfällen im Stromnetz führen wird… siehe Abschnitt 5.
Abbildung 1: Investitionen in Datacenter in den USA, IEA [6]
Abbildung 2: Strombedarf von US-Datacenter, McKinsey [7]
3. Was sagen Google, Meta, Microsoft, Apple und Co.?
Um es gleich im Vorfeld zu sagen, ich bin ein begeisterter Techniknutzer und finde die Produkte und Dienstleistungen der genannten Unternehmen nicht nur hilfreich, sondern auch sehr wichtig für die Zukunft der MenschheitIch kritisiere hier nur einen Aspekt aller 4 großen Unternehmen und das ist deren Energiepolitik oder – kommunikation.
Google, Meta, Microsoft, Apple und viele andere behaupten, ihre Datencenter zu 100 % mit erneuerbarer Energie zu versorgen, und unterstellen damit eine 100 %ige „Dekarbonisierung“, die nicht nur möglich sei, sondern offenbar auch schon erreicht ist [7].
Solche Behauptungen werden sogar in Bezug auf ihre in China ansässigen Datencenter aufgestellt. Dabei handelt es sich eindeutig um das, was wir als „Green Washing“ kennen, denn die meisten von uns „kaufen“ Credits und wenden sie auf ihren Stromverbrauch an.
Am besorgniserregendsten dürfte sein, dass diese großen Unternehmen schon seit langem GEGEN Kohle/Gas und FÜR Wind- und Solarenergie sind. Erst in der letzten Zeit, als die Bedenken und die Gesamtkosten von Wind- und Solarsystemen immer offensichtlicher wurden, begannen sie, die Kernenergie zu unterstützen. Um es klar zu sagen: Es gibt kein einziges Datencenter auf der Welt, das mit intermittierendem Wind- und Solarstrom betrieben werden kann, das ist physikalisch unmöglich, und je mehr Marktanteile Wind- und Solaranlagen erobern, desto mehr steigen die Gesamtkosten des Stromsystems. Es ist übrigens zu beachten, dass bei dem Tempo der Stromnachfrageentwicklung nicht einmal die Kernkraft in der Lage sein wird, unseren künftigen Energiebedarf selbstständig zu decken (siehe mein Blogbeitrag hier).
Ein weiterer interessanter Punkt ist, dass die Betreiber von Datencentern behaupten, sie würden 100 % „erneuerbare“ Energie nutzen, weil sie z.B. Wasserkraft einsetzen: (1) Wasserkraft ist eine begrenzte Ressource. Wenn der wachsende Bedarf die Wasserkraft sprengt, ist jemand anderes, z. B. ein Krankenhaus, gezwungen, auf andere Energiequellen auszuweichen, in der Regel auf Kohle oder Gas. Außerdem ist eine unbestrittene Tatsache unter denjenigen, die sich mit Wasserkraft beschäftigen, dass (2) Wasserkraft weit davon entfernt ist, „CO2– oder kohlenstofffrei“ zu sein, wie es oft dargestellt wird. Mehr dazu in meinem Blogbeitrag „ Unbequeme Wahrheiten” über Wasserkraft.
Google ist ein besonders interessanter Fall. Nicht nur der Strombedarf von Google hat sich innerhalb von 5 Jahren verdoppelt, sondern auch seine „CO2-Intensität“, die sich pro MWh verdoppelt hat. Somit hat sich Googles „CO2-Fußabdruck“ vervierfacht (Abbildung 2). Dies scheint in völligem Widerspruch zu den Behauptungen von Google , dass das Unternehmen rund um die Uhr kohlenstofffrei arbeitet, zu stehen… alles natürlich nur Selbstaussagen.
Wenn ich also sage, dass eine KI-Anfrage das 10-fache der Energie verbraucht, die eine Standard-Google-Suche verbraucht… dann bekommen Sie einen Eindruck davon, was auf uns zukommt… dabei sind die „ Non-Search“-Anwendungen von KI, die in dieser Hinsicht viel wichtiger sind, noch gar nicht berücksichtigt.
Kritische Ausrüstung: Alle Betreiber und Investoren von Datencentern, sehen sich mit Problemen bei der Verfügbarkeit kritischer Ausrüstung konfrontiert. In den letzten 5 Jahren haben sich die Lieferzeiten für Generatoren, unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Transformatoren, Schaltanlagen und Stromverteilungseinheiten verdoppelt und sogar vervierfacht. Ausgebildete Techniker sind ein rares Gut und aufgrund der begrenzten Dienste sehr gefragt.
Die Rohstoffe und die Lieferketten, die an der Bereitstellung dieser Datencenter beteiligt sind, werden selten diskutiert. Die Entsorgung … wohin all dies nach 3-7 Jahren (so lange halten die Computer) geht … wird ebenfalls nicht diskutiert. Die „Umweltfreundlichkeit“ von „Netto-Null“- Datencenter ist lächerlich. Es handelt sich um Industrieanlagen, die einen industriellen Fußabdruck haben, auch wenn sie keinen Schornstein haben… dieser Schornstein kann einfach woanders stehen. Genauso wie ein „sauberes“ Elektroauto, das in China mit Strom aus einem Hunderte von Kilometern entfernten Kohlekraftwerk geladen wird.
Abbildung 3: Googles Stromverbrauch und „CO2-Intensität“
4. KI-Bots: Ein DDoS-Angriff auf das gesamte Internet?
Künstliche Intelligenz erfordert nicht nur teure und energiehungrige Datencenter, sondern wirkt sich auch auf „besuchte Standorte“ aus und erhöht den Netzwerkverkehr an anderer Stelle, was sich wiederum auf die Computerinfrastruktur und natürlich auf den Energieverbrauch auswirkt. Dies wird in den Zahlen der IEA oder von McKinsey NICHT berücksichtigt.
Da wir jetzt etwas technischer werden, möchte ich das Szenario wie folgt erklären… ein sogenannter „KI-Crawler“ durchkämmt ständig das Internet, wechselt seine Strategie, „lernt“, passt sich an und erntet alle Informationen, die er in die “Finger” bekommt. Ein deutscher Netzwerkadministrator nannte die KI-Crawler einen „DDoS-Angriff auf das gesamte Internet“.
Der Netzwerkadministrator aus Deutschland (Diaspora [8]) erklärte, dass 70 % des Datenverkehrs auf bestimmten Websites von KI-„Crawler“-Bots verursacht wird. Diese Anfragen verbrauchen Serverzeit und verstopfen das System, das sie „crawlen“, was dazu führt, dass eine größere und energieintensivere Infrastruktur, um diese zusätzlichen Anfragen zu bearbeiten, erforderlich ist.
Dieses Beispiel zeigt, dass nur 0,5 % des Datenverkehrs von klassischen Google- und BING-Bots stammen und 70 % von GPTBot, ClaudeBot und anderen „KI-Crawlern“. Hier ein Zitat des Webadministrators der betroffenen Website:
“Oh, und natürlich crawlen sie eine Seite nicht nur einmal und ziehen dann weiter. Oh nein, sie kommen alle 6 Stunden wieder, weil wieso auch nicht. Sie geben auch keinen „single flying fuck“ auf robots.txt, denn warum sollten sie? Und das Beste von allem: Sie crawlen die dümmstmöglichen Seiten. Kürzlich haben sowohl ChatGPT als auch Amazon – zur gleichen Zeit – die gesamte Bearbeitungshistorie des Wikis gecrawlt.
Wenn man versucht, die Rate zu begrenzen, wechseln sie einfach ständig zu anderen IPs. Wenn man versucht, sie anhand des User-Agent-Strings zu blockieren, wechseln sie einfach zu einem Nicht-Bot-UA-String (nein, wirklich). Dies ist buchstäblich ein DDoS im gesamten Internet.“ [8]
Abbildung 4: DDoS-Angriffe im Internet? [9]
5. Zusammenfassung und Implikationen
Es braucht nicht viel mehr als den gesunden Menschenverstand, um zu verstehen, dass der technologische Fortschritt, auch wenn er für unsere weitere Entwicklung von entscheidender Bedeutung ist, enorme Auswirkungen auf die Energienachfrage hat, ob es sich nun um künstliche Intelligenz, die „Cloud“, Raumfahrt, Blockchain oder Robotik handelt.
Mark Mills [9] stellte fest, dass die Investitionsausgaben für die globale Cloud-Infrastruktur inzwischen die globalen Investitionsausgaben aller Stromversorger zusammen übersteigen, obwohl wir alles elektrifizieren.
Die Cloud ist nicht das Internet. Die Cloud nutzt das Internet in Kombination mit Datencentern und Datenübertragungsleitungen als Fabriken und Autobahnen.
Die Auswirkungen des technologischen Fortschritts auf die Umwelt sind vielfältig, sei es „nur“ die benötigte Energie, die Rohstoffe und das Wasser oder die Wärme, die von großen Serverfarmen ausgeht. „ Während sich die Dürre rund um den Globus ausbreitet, brechen zwischen KI-Unternehmen, die nach mehr Rechenleistung streben, und den Gemeinden, in denen sich ihre Anlagen befinden, Kämpfe um Wasser aus.“ (Bloomberg [2]).
Der weltweite Primärenergieverbrauch hat sich in den letzten 40 Jahren mehr als verdoppelt, während die Energieintensität des BIP um etwas weniger als 1 % verbessert/verringert wurde. Dies bestätigt das Jevon-Paradoxon, wonach Verbesserungen der Energieeffizienz im Prinzip immer durch eine höhere Energienachfrage ausgeglichen werden, in diesem Fall durch technologischen Fortschritt wie Datencenter für die Cloud und KI (Polimeni et al. 2015).
Ich glaube, dass Datencenter oder allgemeiner das „Cloud Computing“, das die KI-Revolution umfasst, in den nächsten 10-15 Jahren 10 % des weltweiten Stroms verbrauchen werden, was einen weitaus größeren Einfluss auf die Spitzenleistung hat. Dieser Spitzenstrombedarf muss gedeckt werden, und das kann niemals durch Wind- und Solarenergie ohne teure und umfangreiche Kurz- und Langzeitspeicher, Wärmespeicher und eine riesige Netz- und Übertragungsinfrastruktur erreicht werden.
Auch die Kernenergie wird allein keine Lösung sein. Bedenken Sie, dass das Krankenhaus nebenan seinen Strom woanders beziehen muss, wenn ein neues Datacenter die knappe Ressource Kernkraft nutzt (siehe meinen Artikel über Kernkraft hier, veröffentlicht im Oxford Institute).
Entweder (1) gehen die Lichter aus, (2) die Energiekosten schießen in die Höhe, oder (3) wir krempeln die Ärmel hoch und bauen eine technologisch fortschrittliche und saubere Mischung aus Kohle, Gas, Wasserkraft und Kernkraft auf, um uns das zu geben, was wir für den menschlichen Fortschritt brauchen!
Quellenangaben
[1] The Cost of Cloud, a Trillion Dollar Paradox, Andreessen Horowitz, May 2022. link
[2] Bloomberg; Thirsty Data Centers Are Making Hot Summers Even Scarier. July 2023. link
[3] Bloomberg: AI Needs So Much Power That Old Coal Plants Are Sticking Around (1).” January 2024. link
[4] More details with links at Alex Epstein post, May 2024, link
[5] Econnex, link
[6] IEA: What the Data Centre and AI Boom Could Mean for the Energy Sector – Analysis,” October 2024. link
[7] McKinsey: Data Centers and AI: How the Energy Sector Can Meet Power, September 2024. link.
[8] IEA World Energy Outlook 2024, October 2024, page 45, link
[9] Dispora AI bots crawl the internet, German language summary, English language primary source
[10] Mark Mills on the Cloud, the Robot Revolution, and Machines That Think, 2023, link