Wie innovative Mikrochips in Rechenzentren Energie einsparen

Die globale Vernetzung, technologische Innovationen und die steigende Menge an Elektronik in unserem Alltag brauchen Energie. Sehr viel davon. Der Ausbau von erneuerbaren Quellen schreitet zwar voran, Solar- und Windkraft alleine werden aber nicht genügen.

AT&S forscht deshalb an Möglichkeiten, um den Energieverbrauch von Technologie grundlegend zu reduzieren. Hierfür setzt das österreichische Unternehmen aus Leoben bei den Grundbausteinen moderner Elektronik an: den Mikrochips. Über Jahrzehnte hinweg wurde eine höhere Effizienz erreicht, indem die Transistoren auf den Chips immer kleiner wurden. Hier wird aber bald eine unüberwindbare physikalische Grenze erreicht, wenn Transistoren auf die Größe von Atomen schrumpfen.

Eine Lösung, um dennoch mehr Effizienz zu erreichen, ist das Kreieren einer neuen Architektur für Mikrochips. Statt einer „großen“ Recheneinheit, die alles alleine können muss, kombiniert man mehrere spezialisierte Chips, die zusammenarbeiten. Damit diese als Chipset funktionieren, müssen sie zu einem effizienten Paket verbunden werden. AT&S ist einer der führenden Anbieter für diese „Advanced Packaging“-Lösungen.

Je dichter so ein Paket aus Chips werden kann, bei gleichzeitig schneller und verlustfreier Kommunikation, desto weniger Energie wird verbraucht. Intel plant, bis 2030 Chips mit Advanced-Packaging-Technologie für Rechenzentren zu veröffentlichen, die eine Billion Transistoren beinhalten. Zum Vergleich: Intels aktuelle Server-Prozessoren haben 48 Milliarden Transistoren.

Rechenzentren mit solch neuen Mikrochips können also bei gleichem Energiebedarf mehr Leistung erzielen. Dadurch müssen weniger Rechenzentren gebaut werden, was wiederum Ressourcen, Strom und Wasser einspart. Letzteres ist nötig für die Kühlung vieler Rechenzentren, was vor allem im Sommer und in Dürreperioden für zusätzliche Probleme sorgt.

Mobilfunknetze

Es ist allgemein bekannt, dass Rechenzentren einen hohen Energiebedarf haben. 2022 waren es ein bis 1,3 Prozent des globalen Gesamtenergieverbrauchs. Der Betrieb der weltweiten Übertragungsnetzwerke verbraucht noch einmal ein bis 1,5 Prozent – zwei Drittel davon entfallen auf Mobilfunknetze. Tendenz steigend, da Nachfolgenetzwerke von 5G auf hochfrequente Signale setzen, die ein engmaschiges Netz an Basisstationen erfordern.

Um einen ressourcenschonenden Ausbau dieser Mobilfunknetze zu ermöglichen, hat AT&S zusammen mit dem Forschungszentrum IMEC ein Paket aus Antennen und Signalverarbeitungschip entwickelt. Diese Kombination reduziert den Energiebedarf um den Faktor 3, hat fünffach weniger Leitungsverlust als eine aktuelle Basisstation und benötigt nur 25 Prozent des Volumens. Das ermöglicht auch den leichteren Netzausbau in Städten.

Solche flächendeckenden Highspeed-Netzwerke sichern nicht nur den Zugang zum schnellen Internet für Konsumenten, sondern ermöglichen durch die niedrige Latenz zahlreiche Smart-City-Anwendungen. Dazu gehören Konzepte für vernetzte Autos, die in Echtzeit mit den Leitsystemen der Stadt kommunizieren, um etwa durch gezielte Ampelschaltungen den Verkehr so flüssig wie möglich zu halten.

Künstliche Intelligenz

Solche Systeme basieren auf Künstlicher Intelligenz (KI). KI wird in Zukunft nicht nur den Verkehr regeln, sondern auch Stromnetze und Mobilfunknetze optimieren. Stromausfälle und träge Verbindungen aufgrund von Überlastung könnten damit minimiert werden. Außerdem lässt sich Energie sparen: Nokia rechnet damit, dass eine KI den Energiebedarf aktueller Mobilfunknetze um 30 Prozent reduzieren könnte.

Allerdings muss bedacht werden, dass das Trainieren einer KI selbst einen hohen Energiebedarf hat. Damit dieser nicht das Einsparpotenzial übersteigt, müssen Rechenzentren, in denen die KI läuft, effizienter werden – etwa mit den zuvor erwähnten Chips mit der Advanced-Packaging-Technologie.

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und AT&S.