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Im KI-Boom könnte sich ein Investment in Rechenzentren lohnen
Leistungsstärkere Chips beschleunigen den Trend um die Künstliche Intelligenz (KI). Trotz der verbesserten Energie-Effizienz bleibt dabei den meisten verborgen, wie viel Energie durch Rechenzentren für das Training und die Anwendung der Künstlichen Intelligenz aufgebracht werden muss.
Das Wachstum der Rechenzentren ist jedoch nicht nur getrieben durch den jüngsten Schub der KI, denn die Digitalisierung und die Verschiebung der Daten von lokalen Servern in die Cloud sorgt bereits bei der Branche für 6 bis 8 Prozent Wachstum pro Jahr. Noch im Januar 2023 erwartete McKinsey einen Wachstumsanstieg auf 10 Prozent für die Stromnachfrage aus Rechenzentren in Nordamerika bis 2030. Ein Jahr später erhöhte die Internationale Energie Agentur (IEA) in ihrem globalen Basisszenario die Wachstumserwartung auf 15 Prozent pro Jahr für den Zeitraum von 2022 bis 2026 – mit einer möglichen Beschleunigung auf 23 Prozent.
Eine gesteigerte Effizienz lässt den KI-Trend noch attraktiver erscheinen, so dass sich viele Marktteilnehmer an dem Wettlauf beteiligen: Sie bauen die Kapazitäten der Rechenzentren weiter aus.
Das drückt sich in einer höheren Stromnachfrage aus: Die IEA schätzt, dass bereits 2022 die Rechenzentren und Kryptowährungen circa 2 Prozent der globalen Stromnachfrage ausgemacht haben.
Und die Tendenz steigt: Eine typische Google-Suche verbraucht etwa 0,3 Wh Strom, während das auf generativer KI basierende ChatGPT 2,9 Wh pro Anfrage verbraucht, da nicht die üblichen Halbleiter-Chips, sondern eben besonders komplexe KI-Chips zur Verarbeitung benötigt werden. Bei 9 Milliarden täglichen Suchanfragen macht das 10 TWh pro Jahr aus. Mit dieser Beschleunigung kann der Energieverbrauch einem Zuwachs in der Höhe des schwedischen bis hin zum Äquivalent des gesamten deutschen Stromverbrauchs entsprechen.
Energiedichte pro Rack
Um die KI-Modelle zu trainieren und Anfragen zu verarbeiten, werden enorme Mengen an Daten generiert. Um diese wiederum zu verarbeiten, werden hoch technologisierte Chips benötigt. Diese Chips werden in den Rechenzentren in Türmen, sogenannten Racks, aneinandergereiht. Mit jedem Austausch dieser Chips steigt jedoch der Strombedarf und die erzeugte Hitze pro Chip um bis zum Fünffachen an. Das bedeutet pro Rack einen Anstieg der maximalen Energiedichte, je nach Anforderung des Rechenzentrums: Während ein typisches Rechenzentrum auf herkömmlichen CPU-Chips beruht und circa 6 bis 12 kW pro Turm aufweist, erfordert das Training der KI-Modelle deutlich höhere Kapazitäten als ihr späterer Anwendungsfall.
Zum Training der KI benötigen die Nvidia-Chips eine maximale Energiedichte von 26 bis 80 kW pro Turm. Dagegen weisen die Rechenzentren, die zur Anwendungsphase benötigt werden, eine Energiedichte von nur 12 bis 40 kW auf. Für die typische Luftkühlung kommen große Ventilatoren in den Hallen zum Einsatz. Das funktioniert jedoch nur für Türme mit einer Energiedichte von bis zu 20 kW. Alles darüber hinaus benötigt andere Kühltechniken, die zukünftig direkt auf die Türme, teils sogar direkt auf die Chips zugreifen.
In Ländern mit einem besonders hohen Aufkommen von Rechenzentren wie beispielsweise Irland kommt es durch den beschleunigten Ausbau dazu, dass der Anteil der Rechenzentren am gesamthaften Stromverbrauch von aktuell 17 Prozent auf 32 Prozent im Jahr 2026 wachsen könnte. Daher hat Irland schon Auflagen für neue Rechenzentren erteilt: Die Betreiber-Unternehmen müssen zum Beispiel eine eigene Stromerzeugung und/oder Speicherung aufbauen, um die Netzstabilität nicht zu gefährden.
Neue Anforderungen an Energieeffizienz
Eine EU-Novelle gab auch den Anstoß zur neuen Gesetzeslage in Deutschland: Für neue wie auch bestehende Rechenzentren gelten jetzt erstmals Energieeffizienzanforderungen. Betreiber neuer Einheiten müssen ab dem 1. Juli 2026 Abwärme nutzen und effizient kühlen, um Energie sinnvoll einzusparen. Alle Betreiber von großen Rechenzentren werden dazu verpflichtet, ab 2024 zu 50 Prozent, ab 2027 zu 100 Prozent Strom aus erneuerbaren Energien zu beziehen. Nicht verwunderlich, dass beispielsweise Alphabet einen Windpark vor der Küste der Niederlande kauft, der allein schon 6 Prozent des nationalen Strombedarfs deckt.
Wie auch in anderen Bereichen sind die Dimensionen in den USA andere:
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In den USA dominiert Virginia dominiert den globalen Markt für Rechenzentren. 3.442 MW an Kapazitäten waren 2023 vorhanden, weitere 651 MW befinden sich noch im Bau. Damit hat Virginia so viel Kapazitäten wie Singapur, Tokio, London und Frankfurt zusammen.
Doch auch in Virginia wachsen die Forderungen nach einem sauberen und effizienten Energiemanagement, um das Stromnetz nicht zu gefährden. Denn bei weiterem Wachstum kann der Anteil am nationalen Stromverbrauch wie in Irland zweistellig werden und die Netzstabilität vor weitere Herausforderungen stellen.
Ist ein Netz zu hoch ausgelastet, kommt es leicht ins Schwanken. Das stellt die Betreiber von Rechenzentren vor weitere Probleme: 99,999 Prozent ist die Bereitschaftsanforderung der Kunden an ihre Server. Ansonsten entstehen dem Betreiber schnell Millionenschäden. Die staatliche Infrastruktur kann diesen enormen Anforderungen nicht gerecht werden. Daher investieren die Unternehmen in die eigene Infrastruktur, um im Falle von Unterbrechungen im Stromnetz resilient zu sein.
Energiemanagement der Rechenzentren – auch für Investoren spannend
In der Praxis bedeutet das, dass die Rechenzentren alternative Lösungen aufbauen müssen. Nur so lässt sich das hohe Sicherheitsbedürfnis erfüllen. Die Hersteller jener Back-Up-Systeme, vom Kabelhersteller bis zum Batterieproduzenten, erfreuen sich an den positiven Wachstumsaussichten. Interessant sind hier die unterschiedlichen Möglichkeiten:
Während manche Rechenzentren noch immer Diesel-Generatoren nutzen oder Strom direkt von Atomkraftwerken beziehen, setzen andere große Betreiber zunehmend auf neue Systeme rund um Brennstoffzellen oder Batteriesysteme.
Das Energiemanagement samt dieser Back-Up-Systeme ist ein elementarer Bestandteil der Rechenzentren, denn der gesamte Strombedarf solch einer Anlage lässt sich in drei Blöcke unterteilen: 40 Prozent resultieren aus der Verwendung der Server, 40 Prozent aus Kühlung und nur der restliche Teil aus der reinen Instandhaltung des Gebäudes. Wenn die Effizienz der Rechenzentren noch weiter steigen soll, ist also klar, an welchen Hebeln dafür angesetzt werden muss.
Über den Autor:
Patrick Vogel ist Senior Portfoliomanager und leitet das strategische Asset Management bei der Fondsgesellschaft TBF.
