Die Kosten für die Entwicklung eines KI-Produkts wie ChatGPT sind schwer zu messen. Die von Microsoft unterstützte OpenAI-Technologie benötigt große Mengen Wasser, das aus den Flusseinzugsgebieten Raccoon und Des Moines in Zentral-Iowa stammt, um einen leistungsstarken Supercomputer zu kühlen, der seinem künstlichen Intelligenzsystem dabei hilft, zu lernen, wie man menschliche Schrift nachahmt.

Während führende Technologieentwickler wie Microsoft, OpenAI und Google darum wetteifern, vom generativen KI-Boom zu profitieren, erkennen sie auch an, dass die wachsende Nachfrage nach ihren KI-Tools mit hohen Kosten verbunden sein wird, von teuren Halbleitern bis hin zu erhöhtem Wasserverbrauch.

Aber sie neigen dazu, die Einzelheiten geheim zu halten. Nur wenige Menschen in Iowa wussten, dass es der Geburtsort des fortschrittlichsten groß angelegten Sprachmodells von OpenAI, GPT-4, war, bis ein Microsoft-Manager in einer Präsentation sagte, dass das Modell „buchstäblich neben einem Maisfeld westlich von Des Moines entwickelt“ wurde.

Der Aufbau groß angelegter Sprachmodelle erfordert die Analyse der Muster großer Mengen von Menschen geschriebener Texte. Alle diese Berechnungen verbrauchen viel Strom und erzeugen viel Wärme. Um an heißen Tagen kühl zu bleiben, pumpen Rechenzentren Wasser – normalerweise zu Kühltürmen außerhalb von lagergroßen Gebäuden.

Microsoft gab in seinem neuesten Umweltbericht bekannt, dass sein weltweiter Wasserverbrauch von 2021 bis 2022 um 34 % gestiegen ist (auf fast 1,7 Milliarden Gallonen oder mehr als 2.500 olympische Schwimmbäder), ein starker Anstieg im Vergleich zu den Vorjahren, der nach Ansicht externer Forscher mit Microsofts Forschung zur künstlichen Intelligenz zusammenhängt.

Shaolei Ren, ein Forscher an der University of California, Riverside, sagte: „Man kann sagen, dass der größte Teil des Anstiegs des Wasserverbrauchs durch künstliche Intelligenz verursacht wird, einschließlich ihrer großen Investitionen in generative künstliche Intelligenz. Finanzierung und Zusammenarbeit mit OpenAI.“

In einem Papier, das später in diesem Jahr erscheinen soll, schätzt Ren Shaoleis Team dies ChatGPT trinkt jedes Mal 500 Milliliter Wasser (fast das Fassungsvermögen einer 16-Unzen-Wasserflasche), wenn Sie ihm 5 bis 50 Aufforderungen oder Fragen stellen. Dieser Bereich variiert je nach Standort und Jahreszeit des Servers. Die Schätzung umfasst auch den indirekten Wasserverbrauch, den das Unternehmen nicht misst, beispielsweise die Kühlung der Kraftwerke, die die Rechenzentren mit Strom versorgen.

„Die meisten Menschen verstehen die Ressourcennutzung von ChatGPT nicht“, sagte Ren. „Wenn Sie nicht wissen, wie Ressourcen genutzt werden, können wir Ihnen nicht helfen, Ressourcen zu sparen.“

Der Wasserverbrauch von Google stieg im gleichen Zeitraum um 20 %, was Ren ebenfalls hauptsächlich auf die Arbeit der künstlichen Intelligenz zurückführte. Das Wachstum des Wasserverbrauchs bei Google verlief ungleichmäßig – in Oregon, einem Bundesstaat, in dem der Wasserverbrauch öffentliche Aufmerksamkeit erregt hat, blieb er konstant, während er sich außerhalb von Las Vegas verdoppelte. In Iowa sind die Einrichtungen von Google ebenso wasserhungrig, da das Rechenzentrum in Council Bluffs mehr Trinkwasser verbraucht als anderswo.

Als Antwort auf Fragen von The Associated Press sagte Microsoft diese Woche in einer Erklärung, dass es in die Forschung investiere, um den Energie- und CO2-Fußabdruck künstlicher Intelligenz zu messen, „und gleichzeitig zu prüfen, wie große Systeme in Training und Anwendung effizienter gestaltet werden können“.

„Wir werden unsere Emissionen weiterhin überwachen und den Fortschritt beschleunigen, während wir gleichzeitig den Einsatz sauberer Energie für den Betrieb von Rechenzentren erhöhen, erneuerbare Energien kaufen und andere Anstrengungen unternehmen, um unsere Nachhaltigkeitsziele negativer Kohlenstoffemissionen, positiver Wasseremissionen und null Abfall bis 2030 zu erreichen“, heißt es in der Erklärung des Unternehmens.

OpenAI bestätigte diese Meinung in seiner eigenen Erklärung am Freitag und sagte, es denke „ernsthaft darüber nach“, wie die Rechenleistung besser genutzt werden könne. „Wir sind uns bewusst, dass das Training großer Modelle energie- und wasserintensiv sein kann“ und arbeiten an einer Verbesserung der Effizienz, hieß es.

Microsoft investierte 2019 erstmals 1 Milliarde US-Dollar in das in San Francisco ansässige Unternehmen OpenAI, mehr als zwei Jahre nachdem das Startup ChatGPT eingeführt und weltweite Aufmerksamkeit für Fortschritte in der künstlichen Intelligenz geweckt hatte. Im Rahmen der Vereinbarung wird der Softwareriese die Rechenleistung bereitstellen, die zum Trainieren von Modellen der künstlichen Intelligenz erforderlich ist.

Um zumindest einen Teil dieser Arbeit zu erledigen, haben die beiden Unternehmen West Des Moines, Iowa, ins Visier genommen, eine Stadt mit 68.000 Einwohnern, die seit mehr als einem Jahrzehnt Rechenzentren für die Cloud-Computing-Dienste von Microsoft beherbergt. Noch in diesem Jahr werden hier das vierte und fünfte Rechenzentrum von Microsoft eröffnet.

Steve Gaer sagte: „Sie bauen diese Rechenzentren so schnell wie möglich.“ Was das Unternehmen anzog, war das Engagement der Stadt für den Aufbau öffentlicher Infrastruktur und die Bereitstellung einer „erstaunlichen“ Menge an Steuergeldern zur Unterstützung der Investition. „Aber Sie wissen ja, dass sie ziemlich geheim halten, was sie dort tun“, fügte er hinzu.

Microsoft gibt zum ersten Mal bekannt, dass es den leistungsstärksten Supercomputer der Welt für OpenAI im Jahr 2020 entwickelt. Das Unternehmen wollte seinen Standort damals nicht preisgeben, beschrieb es jedoch als „einzelnes System“ mit mehr als 285.000 traditionellen Halbleiterkernen und 10.000 Grafikprozessoren – die Art von Chips, die für Workloads der künstlichen Intelligenz zum Schlüssel geworden sind.

Experten sagen, dass es aufgrund der großen Datenmengen, die zwischen Rechenkernen übertragen werden müssen, sinnvoll ist, KI-Modelle an einem einzigen Ort vorzutrainieren.

Erst Ende Mai gab Microsoft-Präsident Brad Smith bekannt, dass Microsoft in Iowa ein „Hochleistungsrechenzentrum für künstliche Intelligenz“ speziell für OpenAI eingerichtet hat, um sein Modell GPT-4 der vierten Generation zu trainieren. Das Modell basiert nun auf einer erweiterten Version von ChatGPT und einigen von Microsofts eigenen Produkten und hat die Diskussionen über die Eindämmung der Risiken künstlicher Intelligenz für die Gesellschaft beschleunigt. Es wird von außergewöhnlichen Ingenieuren in Kalifornien hergestellt, aber tatsächlich wird es in Iowa hergestellt.

West Des Moines ist in gewisser Weise ein relativ effizienter Ort, um leistungsstarke Systeme der künstlichen Intelligenz zu trainieren, insbesondere im Vergleich zum Rechenzentrum von Microsoft in Arizona, das für den gleichen Rechenbedarf weitaus mehr Wasser verbraucht.

„Wenn Sie also ein KI-Modell bei Microsoft entwickeln, sollten Sie die Schulung in Iowa und nicht in Arizona planen“, sagte Ren. „Bezüglich des Trainings gibt es keinen Unterschied. Aber was den Wasserverbrauch oder den Energieverbrauch angeht, ist der Unterschied riesig.“

Da das Wetter in Iowa die meiste Zeit des Jahres kühl ist, kann Microsoft die Außenluft nutzen, um Supercomputer am Laufen zu halten und Wärme aus dem Gebäude abzuleiten. Microsoft werde nur dann Wasser beziehen, wenn die Temperatur 29,3 Grad Celsius (ca. 85 Grad Fahrenheit) übersteige, teilte das Unternehmen in einem öffentlich zugänglichen Dokument mit.

Dies verbraucht immer noch viel Wasser, besonders im Sommer. Laut West Des Moines WaterWorks pumpte Microsoft im Juli 2022, einen Monat bevor OpenAI bekanntgab, die Schulung zu GPT-4 abgeschlossen zu haben, etwa 11,5 Millionen Gallonen Wasser in seinen Rechenzentrumscluster in Iowa. Dies macht etwa 6 % des gesamten Wasserverbrauchs in der Region aus, die auch die Einwohner der Stadt mit Trinkwasser versorgt.

Im Jahr 2022 heißt es in einem Dokument der West Des Moines Water Works, dass West Des Moines Water Works und die Stadt „diese Projekte in Betracht ziehen werden, wenn die Rechenzentrumsprojekte von Microsoft „Technologie demonstrieren und implementieren können, die den Spitzenwasserverbrauch auf dem aktuellen Niveau erheblich reduziert“, um die Wasserversorgung von Privathaushalten und anderen gewerblichen Zwecken zu schützen“.

Microsoft gab am Donnerstag bekannt, dass es direkt mit der Wasserbehörde zusammenarbeite, um die gemeldeten Bedenken auszuräumen. Das Wasserwerk sagte in einer schriftlichen Erklärung, dass Microsoft ein großartiger Partner gewesen sei und mit den örtlichen Behörden zusammengearbeitet habe, um seinen Wasser-Fußabdruck zu reduzieren und gleichzeitig den Wasserbedarf zu decken.