Ökologischen Fußabdruck von Künstlicher Intelligenz reduzieren

KI-Anwendungen boomen. Das hat Folgen für die Umwelt, denn die Tools verbrauchen sehr viel Strom. Forschende der Universität Stuttgart haben ein analoges Schaltungskonzept entwickelt, das hohe Energieeinsparungen bei KI-Rechenoperationen ermöglicht. Dafür zeichnete die Private Stiftung Ewald Marquardt sie jetzt mit dem Zukunftspreis aus. Die Auszeichnung ist mit 10.000 Euro dotiert.

"Im Hintergrund von KI-Tools laufen extrem energieintensive Rechenoperationen ab. Da Künstliche Intelligenz immer öfter und in immer mehr Bereichen zum Einsatz kommt, steigt der Strombedarf von Rechenzentren rasant an", sagt Dr. Markus Grözing vom Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik (INT) der Universität Stuttgart.

Gemeinsam mit seinen Teamkollegen Jakob Finkbeiner und Raphael Nägele hat er ein analoges Rechenschaltungskonzept entwickelt, welches den Energiebedarf und die benötigte Chipfläche für das Multiplizieren und Addieren stark reduziert. Diese grundlegenden Rechenoperationen müssen bei boomenden KI-Anwendungen, wie zum Beispiel ChatGPT, billionenfach zur Berechnung sogenannter künstlicher neuronaler Netze durchgeführt werden.

Neues analoges Schaltungskonzept optimiert den Energieverbrauch von KI-Rechenoperationen

In konventionellen digitalen Rechenwerken werden für das einfache Multiplizieren zweier Zahlen in der Regel viele hundert Bauelemente, sogenannte Feldeffekttransistoren, verwendet und für jede Rechnung umgeladen. Dadurch wird beim Rechnen viel Energie aufgewendet.

"In unserem analogen Konzept wird mit nur zwei Feldeffektransistoren multipliziert, in denen nur für einen sehr kurzen Augenblick ein Strom fließt. Für die Addition wird sogar gar kein zusätzliches Bauelement benötigt", sagt Grözing. "Unsere bisherigen Untersuchungen deuten darauf hin, dass eine analoge Multiplikation mit der neuen Technik etwa hundertfach energieeffizienter ist als eine bereits stark reduzierte und optimierte digitale FP4-Multiplikation auf der neuesten Nvidia KI-Beschleuniger-Generation."

Auszeichnung mit dem Zukunftspreis

Für ihren vielversprechenden Ansatz wurde das Team jetzt mit dem Zukunftspreis der Privaten Stiftung Ewald Marquardt ausgezeichnet. Der mit 10.000 Euro dotierte Preis wird 2024 zum neunten Mal vergeben. Er würdigt alle zwei Jahre richtungsweisende Ideen und Innovationen auf dem Gebiet der elektrischen Schalt-, Steuerungs- und Regelungstechnik. Mehr denn je hätten die eingereichten Projekte in diesem Jahr gezeigt, dass erfolgreiche Innovationen in diesem Bereich heute ganze Lebensbereiche und Arbeitssysteme verändern können, lobte die Jury.

Dr. Markus Grözing, Jakob Finkbeiner und Raphael Nägele forschen an der Universität Stuttgart im Projekt AKIPROP. Das Vorhaben untersucht den Einsatz von schnellen und energieeffizienten elektronischen analogen Rechenschaltungen in künstlichen neuronalen Netzen für KI-Beschleuniger sowie in Sendern und Empfängern optischer Datenübertragungsstecken zum Ausgleich von linearen und nichtlinearen Verzerrungen.

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Quelle: Universität Stuttgart