Co-Design

Wenn zwei Teile eines Systems später zusammenarbeiten sollen, kann man sie nacheinander bauen oder gleichzeitig. Der übliche Weg ist nacheinander: Zuerst entsteht die Maschine, dann schreibt jemand das Programm dafür. Co-Design macht es anders. Beide Seiten werden von Anfang an gemeinsam entworfen, und jede Entscheidung auf der einen Seite darf die andere verändern. In der Computertechnik betrifft das meistens den Chip und die Software, die auf ihm rechnet. Das Ergebnis ist ein System, dessen Teile genau zueinander passen – aber auch eines, das man schlechter auseinandernehmen kann.

Warum Chips und Programme sich gegenseitig ausbremsen

Ein Chip ist ein Stück Silizium mit fest verdrahteten Rechenwerken. Was er nicht kann, kann er auch später nicht lernen. Wird ein Chip fertig entworfen, bevor klar ist, welche Programme darauf laufen, entstehen fast zwangsläufig Verluste. Der Chip beherrscht Dinge, die niemand braucht. Und ihm fehlen Fähigkeiten, die das Programm dringend bräuchte.

Bei KI-Systemen ist dieser Verlust besonders teuer. Große Sprachmodelle – also Programme, die Texte fortsetzen und dafür aus riesigen Textmengen gelernt haben – brauchen für ihr Training tausende Chips über Wochen. Der Stromverbruch geht in Beträge, die man in Millionen misst. Wenn ein solches System nur zu siebzig statt zu neunzig Prozent ausgelastet ist, kostet die Lücke real Geld. Genau hier setzt Co-Design an.

Der zweite Grund ist Geschwindigkeit im Wettbewerb. Wer Modell und Rechner gemeinsam entwirft, kann Ideen ausprobieren, die auf Standardhardware unbezahlbar wären. Firmen wie Google, Apple oder Tesla bauen deshalb eigene Chips für ihre eigene Software. Das ist teuer, verschafft aber einen Vorsprung, den Konkurrenten mit Standardteilen schwer aufholen.

Der Kreislauf zwischen Entwurf und Messung

Co-Design läuft in Runden ab. Ein Team beschreibt, was die Software rechnen muss – etwa sehr viele Multiplikationen von Zahlentabellen hintereinander. Das Hardware-Team baut daraufhin ein Rechenwerk, das genau diese Operation besonders schnell ausführt. Dann läuft die Software auf einer Simulation des neuen Chips, lange bevor er wirklich gefertigt wird. Aus den Messwerten ergeben sich neue Änderungswünsche, und die nächste Runde beginnt.

Oft ändert sich dabei die Software stärker als die Hardware. Ein Beispiel ist die Zahlengenauigkeit. Klassische Computer rechnen mit sehr präzisen Zahlen, doch KI-Modelle kommen mit gröberen Zahlen erstaunlich gut zurecht. Wer das weiß, baut Rechenwerke, die nur diese gröberen Zahlen beherrschen – dafür aber doppelt so viele davon auf dieselbe Chipfläche. Die Software wird also absichtlich ungenauer, damit die Hardware kleiner sein kann.

Ein verbreiteter Irrtum ist, Co-Design bedeute einfach gute Absprache zwischen zwei Abteilungen. Der Unterschied liegt tiefer. Beim Co-Design ist keine Seite fertig, solange die andere es nicht ist. Das kostet Zeit und bindet die Teile aneinander: Der Chip nützt ohne diese Software wenig, und die Software läuft anderswo langsam.

Von Handykameras bis zu KI-Rechenzentren

Das bekannteste Beispiel steckt in vielen Hosentaschen. Apple entwirft die Chips seiner iPhones selbst und stimmt sie auf das eigene Betriebssystem ab. Deshalb halten die Geräte oft länger durch als Konkurrenzmodelle mit ähnlich starken Standardchips. Auch die Kamera ist ein Fall von Co-Design: Ein Teil der Bildqualität entsteht nicht in der Linse, sondern in einem Rechenwerk, das eigens für die Bildbearbeitungssoftware gebaut wurde.

In den Nachrichten taucht der Begriff meist im Zusammenhang mit KI-Rechenzentren auf. Googles TPU-Chips wurden zusammen mit Googles KI-Software entwickelt. Nvidia liefert zu seinen Grafikchips ein Softwarepaket namens CUDA, das genau auf diese Chips zugeschnitten ist – ein Grund, warum Wettbewerber so schwer aufholen. Wenn eine Firma ankündigt, eigene Chips zu entwerfen, steckt fast immer der Wunsch nach Co-Design dahinter.

Der Begriff wird inzwischen auch außerhalb der Technik benutzt. In Städtebau oder Produktentwicklung meint Co-Design, dass künftige Nutzer schon beim Entwurf mitreden. Der Grundgedanke ist derselbe: gemeinsam planen statt nacheinander abarbeiten. Im Tech-Kontext ist aber fast immer die Kombination aus Chip und Software gemeint.