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Als junger Student an der Universität programmierte ich ein bisschen – auf einem Zuse-Großrechner, ursprünglich von Konrad Ernst Otto Zuse entwickelt, der als Erfinder und Vater des modernen Computers gilt. Die Maschine war so leistungsstark wie die Elektronik in meiner Mikrowelle, und programmiert wurde in Fortran und anderen prähistorischen Sprachen, von denen Sie noch nie gehört haben. Programme wurden auf Lochstreifen gespeichert, die ich tatsächlich lesen lernte. Damals erklärte ich Leuten – Studenten anderer Fakultäten, Freunden und Bekannten –, was ein „Computer“ ist: Er ist wie eine riesige elektronische Rechenmaschine, der man aber vorher Anweisungen geben muss, was er berechnen soll. Das nennt man „Programmieren“.
Cray-1 – der acht Millionen Dollar teure Supercomputer
Nach meinem Studium wurde ich Wissenschaftsjournalist beim deutschen Fernsehen. Mein Interesse an Computern blieb bestehen, und Anfang der 1980er-Jahre erhielt ich den Auftrag, über den schnellsten Computer der Welt, den Cray-1, zu berichten, der sich im Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching bei München befand. So sah er aus:
Der Max-Planck-Cray-1. Die Speicherbänke im Hintergrund konnten jeweils drei Gigabyte fassen!
Dieser Supercomputer wurde vom CDC-Ingenieur Seymour Cray entwickelt und sein Bau dauerte vier Jahre. Er kostete acht Millionen Dollar, zuzüglich einer Million für die Speichermedien. Im Laufe der Jahre verkaufte Cray Research über achtzig Cray-1-Geräte und machte ihn damit zu einem der erfolgreichsten Supercomputer der Geschichte. Ich war absolut begeistert, die Max-Planck-Supermaschine zu sehen, und mein sechsminütiger Beitrag darüber für das deutsche Fernsehen war geradezu überschwänglich.
1980 entwickelten Robert Hyatt und Albert Gower (rechts auf dem Titelbild von Chess Live) ein Schachprogramm für den Cray-1. Sie nannten es „Cray Blitz“. Es nahm an Computerschachturnieren teil und gewann mehrere ACM-Turniere und zwei aufeinanderfolgende Computerschachweltmeisterschaften. Sie lösten Ken Thompson und Joe Condon (links) ab, die zuvor mit ihrer Hardware-Maschine „Belle“ den Titel errungen hatten.
Damals entwarf ich einige einfache Stellungen, um herauszufinden, ob die Schachprogramme das Endspiel mit dem „falschen Läufer“ verstehen konnten – ein Läufer und ein Bauer versuchen gegen einen einzelnen König zu gewinnen, wobei der Bauer am Rand des Bretts steht und der Läufer das Umwandlungsfeld nicht kontrolliert. Cray Blitz löste sie, und es schien, als hätten die Programmierer spezielles Wissen über dieses sehr komplexe Endspiel implementiert. Doch dann entdeckte ich, dass das Programm meine Tests tatsächlich mit reiner Brute-Force-Methode löste.
Vor zehn Jahren wollte ich herausfinden, wie sich der Cray-1 im Vergleich zu den damals erhältlichen Rechnern schlug. Da kam es mir gelegen, dass mein guter Freund John Nunn seinem Sohn Michael gerade eine Grafikkarte der Mittelklasse zum 18. Geburtstag geschenkt hatte.
John hat es mir ausgerechnet: „Der Cray-1 schaffte 130 Megaflops [Millionen Gleitkommaoperationen pro Sekunde]. Die Nvidia-Grafikkarte in Michaels Computer schafft 2258 Gigaflops. Gemessen daran ist sie also etwa 17.000-mal so leistungsstark.“
Siebzehntausendmal stärker? Eine Karte, die in Ihre Handfläche passt und nur etwa 300 Dollar kostet?
Wie sieht es heute aus? Wie viel schneller sind Computer im letzten Jahrzehnt geworden? Fertige Rechner sind heute 60.000 bis 100.000 Mal schneller als der Cray-1 von 1980. Hochwertige Smartphones erreichen problemlos über 1 TeraFLOPS (1 Million MegaFLOPS) Rechenleistung. Der Cray-1 verbrauchte über 100 Kilowatt und benötigte ein massives Kühlsystem mit Freon. Das Smartphone in Ihrer Hosentasche läuft mit einem winzigen Akku und benötigt nur wenige Watt. Trotzdem lässt es den alten Cray bei komplexen Berechnungen weit hinter sich.
Das ist beeindruckend. Doch der Vergleich des Cray-1 mit einem modernen Supercomputer übersteigt unser Vorstellungsvermögen. Während hochentwickelte Cray-Computer letztendlich 160 Megaflops erreichen konnten, erzielt das schnellste Exascale-Supercomputersystem heute eine Dauerleistung von 2,2 Exaflops. Das entspricht 2,2 × 10 hoch 18 oder 22.000.000.000.000.000.000 Operationen pro Sekunde. Damit ist es über 13 Milliarden Mal schneller als der Cray-1. Anders ausgedrückt: Was der Cray-1 in einem ganzen Jahr ununterbrochener Berechnungen lösen musste, kann ein Exascale-System in weniger als drei Millisekunden bewältigen.
Wie ist das möglich? Moderne Supercomputer nutzen massive Parallelverarbeitung. Anstatt sich auf einen einzigen extrem schnellen Kern zu verlassen, verbinden sie bis zu 10.000 separate Rechenknoten. Jeder einzelne Knoten enthält Mehrkernprozessoren, die mit spezialisierten Grafikprozessoren (GPUs) ausgestattet sind. Dadurch können Millionen von Rechenaufgaben gleichzeitig ausgeführt werden.
Inflationsbereinigt entspricht der damalige Preis von 8 Millionen US-Dollar für den Cray-1 aus dem Jahr 1980 heute etwa 35 Millionen US-Dollar. Mit dieser Summe ließe sich nur ein Bruchteil eines heutigen Supercomputers erwerben. Die Supercomputer des US-Energieministeriums kosten rund 600 Millionen US-Dollar. Sie sind 17-mal so teuer wie der inflationsbereinigte Preis eines Cray-1.
Der Energieverbrauch von 115 Kilowatt für den Betrieb des Cray-1 führte zu monatlichen Stromkosten von umgerechnet rund 200.000 US-Dollar. Heutige Supercomputer benötigen 20 Megawatt Dauerleistung. Das entspricht Stromkosten von 4.000 US-Dollar pro Stunde oder unglaublichen 40 Millionen US-Dollar jährlich.
Moderne KI-Projekte treiben die Kosten in astronomische Höhen. Rechenzentren können Hunderttausende spezialisierte KI-Chips beherbergen, und allein das Training eines hochmodernen KI-Modells kann über eine Milliarde Dollar an Rechenzeit kosten. Das ist nur ein Teil der gesamten Infrastrukturkosten von 200 Milliarden Dollar.
Eine Luftaufnahme des neuen KI-Rechenzentrums von Microsoft in Mt. Pleasant, Wisconsin – im Grunde ein gigantischer Computer. Es wurde speziell für das KI-Training sowie die Ausführung umfangreicher KI-Modelle und -Anwendungen entwickelt | Foto: Microsoft
Und diese neuronalen KI-Cluster sind zu erstaunlichen Leistungen fähig. Vor neun Jahren nutzte das Programm AlphaZero modernste KI-Techniken und die damals bei Google verfügbare Hardware, um millionenfach gegen sich selbst zu spielen, Muster zu erkennen und die Werte nach eigenem Ermessen anzupassen. Es entwickelte eigene Konzepte und Wissen, indem es Mustererkennung – genau wie Menschen – anwandte und sich durch Lernen stetig verbesserte. Und das alles ohne externes Wissen. Es kannte lediglich die Spielregeln.
Und das Ergebnis? Nach neun Stunden KI-Training konnte AlphaZero die stärksten Schachprogramme der Welt schlagen. Ganz zu schweigen von menschlichen Schachspielern. Es übertraf den Weltmeister um Hunderte von Elo-Punkten. Heute könnten wir einem Exascale-Supercomputer wahrscheinlich die Schachregeln erklären – wie die Figuren ziehen und was das Ziel ist – und er würde das Spiel innerhalb von Minuten auf einem Elo-Niveau von 4000 meistern!
So weit hat sich die Rechenleistung innerhalb eines einzigen Menschenlebens (meines) entwickelt. Und glauben Sie mir, die Entwicklung schreitet ungebremst voran! Schach ist nur ein Beispiel dafür, wie KI funktioniert. Andere Bereiche menschlichen Schaffens werden – und erleben bereits – dieselben atemberaubenden Fortschritte. Was meinen Sie?
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