KI-Beschleuniger

Ein KI-Beschleuniger ist ein Computerchip für eine ganz bestimmte Sorte Rechenarbeit. Programme, die aus Beispielen lernen und danach Texte oder Bilder erzeugen, machen im Inneren fast nur eines: sie multiplizieren riesige Tabellen von Zahlen miteinander und addieren die Ergebnisse. Das sind Milliarden gleichartige Rechenschritte pro Antwort. Der übliche Hauptprozessor eines Computers kann das auch, aber er ist ein Allrounder und arbeitet die Schritte weitgehend nacheinander ab. Ein KI-Beschleuniger verzichtet auf viele andere Fähigkeiten und rechnet dafür tausende dieser einfachen Schritte gleichzeitig. Dadurch wird er für diese eine Aufgabe zehn- bis hundertfach schneller.

Warum ohne diese Chips kein ChatGPT läuft

Moderne KI-Systeme sind nur deshalb möglich, weil es solche Chips gibt. Ein großes Sprachmodell hat hunderte Milliarden einstellbare Zahlenwerte, sogenannte Parameter. Diese Werte auf normalen Prozessoren einzustellen würde Jahrzehnte dauern. Mit zehntausenden Beschleunigern parallel schafft man es in Wochen.

Der zweite Grund ist Strom. Rechenzentren zahlen für Energie, und KI-Anfragen laufen rund um die Uhr. Ein Spezialchip erledigt die gleiche Rechnung mit einem Bruchteil des Verbrauchs. Bei Millionen Anfragen pro Tag entscheidet das darüber, ob ein Dienst überhaupt bezahlbar ist.

Deshalb sind diese Chips inzwischen ein wirtschaftliches Machtthema. Der Hersteller Nvidia wurde durch sie zu einem der wertvollsten Unternehmen der Welt. Wer keine Beschleuniger bekommt, kann bei KI nicht mitspielen. Die USA haben den Export der schnellsten Modelle nach China deshalb beschränkt.

Viele einfache Rechenwerke statt weniger kluger

Ein Hauptprozessor hat vielleicht acht bis sechzehn Rechenkerne. Jeder davon ist flexibel und kann komplizierte Abläufe steuern. Ein KI-Beschleuniger hat stattdessen tausende sehr einfache Rechenwerke. Jedes einzelne kann fast nichts außer multiplizieren und addieren. Aber alle arbeiten im Gleichschritt an derselben großen Zahlentabelle.

Der Vergleich mit einer Baustelle passt gut. Ein Hauptprozessor ist ein hochqualifizierter Handwerker, der jede Aufgabe lösen kann, aber allein. Ein Beschleuniger ist eine Kolonne von tausend Arbeitern, die nur Ziegel stapeln können. Für ein Ziegelhaus ist die Kolonne unschlagbar. Für alles andere ist sie unbrauchbar.

Ein zweiter Trick ist Sparsamkeit bei der Genauigkeit. Statt Zahlen mit vielen Nachkommastellen zu speichern, rechnen diese Chips oft absichtlich grob. Für KI reicht das meist aus, weil es auf ungefähre Tendenzen ankommt, nicht auf exakte Ergebnisse. Grobere Zahlen brauchen weniger Speicher und weniger Zeit. Wichtig ist außerdem eine sehr schnelle Anbindung an den Speicher, denn die Zahlentabellen müssen ständig nachgeliefert werden.

Vom Rechenzentrum bis ins Handy

Die bekannteste Form ist die Grafikkarte, kurz GPU. Sie wurde ursprünglich für Computerspiele entwickelt, weil auch Bildberechnung aus vielen gleichartigen Schritten besteht. Genau diese Eigenschaft macht sie für KI brauchbar. Wenn in Nachrichten von KI-Chips die Rede ist, sind meist Rechenzentrums-GPUs gemeint, etwa Nvidias H100 oder B200. Ein einzelnes solches Gerät kostet mehrere zehntausend Euro.

Daneben gibt es echte Spezialchips ohne Grafikvergangenheit. Google baut seine TPUs, Apple und Qualcomm setzen kleine Beschleuniger direkt in Smartphone-Chips ein. Diese heißen oft Neural Engine oder NPU. Sie sorgen dafür, dass Spracherkennung, Fotoverbesserung oder Übersetzung auf dem Gerät selbst laufen, ohne Internetverbindung.

Ein häufiger Irrtum ist, ein KI-Beschleuniger sei einfach ein besonders schneller Prozessor. Das ist er nicht. Er ersetzt den Hauptprozessor nicht, sondern arbeitet neben ihm. Der Hauptprozessor koordiniert und schickt die rechenintensiven Teile an den Beschleuniger weiter. Beide zusammen ergeben ein KI-fähiges System.