Pizzaschachtelgroße Computerchips sollen KI revolutionieren

KI wird schon jetzt immer häufiger verwendet, auch für Dinge, die oft wenig wichtig erscheinen. Diese hohe Nutzung führt auch zu einem hohen Energiebedarf. 

Ingenieure der University of California Riverside wollen dieses Problem lösen, indem sie die Hardware für Künstliche Intelligenz anpassen. Mit der Wafer-Technologie soll KI nicht nur nachhaltiger, sondern auch leistungsstärker werden, berichtet techradar. 

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Die Wafer-Technologie 

Tesla verwendet in seinen Rechenzentren bereits Chips mit speziellen Kühlsystemen, die riesig sind. Riesig bedeutet in diesem Fall in Wafer-Dimension. Damit sind pizzaschachtelgroße Computerchips gemeint, die auf ganzen Siliziumscheiben arbeiten. Aus den dünnen Scheiben kann man normalerweise bis zu 200.000 Mikrochips schneidet. Diese werden dann in Plastikhüllen gesteckt und in Computer, Autos und Smartphones verbaut. 

Die Forscher der University of California Riverside haben nun eine Studie veröffentlicht, in der sie das Potenzial von speziellen KI-Chips im Wafer-Maßstab untersuchen. „Die Wafer-Scale-Technologie stellt einen großen Sprung nach vorn dar“, sagt Hauptautor Mihri Ozkan. Laut ihm können KI-Modelle mit dieser Technologie schneller und effizienter arbeiten, als bisher eingesetzte Systeme.

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Wie die Chips Energie sparen 

Ein Beispiel für solche pizzaschachtelgroßen Chips sind die Wafer-Scale Engine 3 (WSE-3) von Cerebras. Sie enthalten bis zu 4 Billionen Transistoren und 900.000 KI-fokussierte Kerne in einem einzigen Modul. 

Das führt dazu, dass Verzögerungen und Energieverluste vermieden werden. Diese entstehen nämlich, wenn Chips miteinander kommunizieren bzw. Daten übertragen. „Indem man alles auf einem Wafer unterbringt, vermeidet man die Verzögerungen und Energieverluste, die durch die Kommunikation zwischen den Chips entstehen“, sagt Ozkan.

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Wenn die Chips an ihre Grenzen stoßen 

Herkömmliche Grafikprozessoren haben den Vorteil, dass sie wenig kosten und beliebig kombiniert werden können. KI-Modelle müssen aber immer mehr können und da kommen die Chips langsam nicht mehr mit. 

Es gehe laut dem Studienautor aber nicht nur um Geschwindigkeit. „Es geht darum, Systeme zu entwickeln, die große Datenmengen bewegen können, ohne zu überhitzen oder zu viel Strom zu verbrauchen“, sagt Ozkan. 

Nachhaltigkeit und die Wafer-Technologie

Die Autoren der Studie betonen den Nachhaltigkeitsaspekt der Wafer-Technologie. Laut Ozkan sei eine stark befahrene Autobahn eine gute Analogie für herkömmliche Chips: „Stellen Sie sich GPUs als stark befahrene Autobahnen vor - effektiv, aber Staus verschwenden Energie”, sagt der Hauptautor. 

Chips im Wafer-Maßstab können aber bis zu 125 Billiarden Operationen pro Sekunde durchführen, während sie weniger Energie verbrauchen, als vergleichbare GPU-Chips. „Wafer-Systeme sind eher wie Einschienenbahnen: direkt, effizient und weniger umweltschädlich.“

Das Problem mit der Hitze

Das bedeutet aber nicht, dass es keine Probleme bei der Wafer-Technologie gibt. Denn die Hitze setzt den pizzaschachtelgroßen Chips zu. Diese können bis zu 10.000 Watt an Leistung verbrauchen, welche fast vollständig in Wärme umgewandelt wird. 

Um Überhitzung zu verhindern, braucht es deshalb Kühlsysteme. Dafür werden im Fall von Tesla beispielsweise Flüssigkeitssysteme verwendet, die die Chips gleichmäßig kühlen.