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NEWSLETTER 22/2025:
KI braucht riesige Mengen an Energie: Eine Lösung könnte aus Deutschland kommen

Der Boom der künstlichen Intelligenz hat eine große Schattenseite: Das Training der KI-Modelle und die Abermillionen von Abfragen gehen mit einem enormen Energieverbrauch einher. Der weltweite Strombedarf von Rechenzentren dürfte sich nach einer Studie der Internationalen Energieagentur (IEA) bis 2030 verdoppeln und allein für KI weltweit mehr Strom zusätzlich benötigt werden, als aktuell ganz Deutschland verbraucht. Allein im laufenden Jahr geben die großen US-Tech-Konzerne um die 400 Mrd. USD für den Ausbau ihrer KI-Infrastruktur aus. Auch in Deutschland bzw. Europa wird fleißig in Chipfabriken und Rechenzentren investiert sowie an KI-Anwendungen und Chip-Technologien geforscht, um nicht ganz von den USA bzw. Asien abhängig zu sein. Hier ist der Kampf auch noch nicht ganz verloren: Deutschland ist globaler Schlüssellieferant und wichtige Innovationen zur Reduzierung des Stromverbrauchs und im Einsatz von Photonen-Chips könnten von Infineon bzw. einem deutschen Start-Up kommen.
Der Strombedarf steigt weltweit unaufhörlich. Durch die Dekarbonisierung in der Industrie und in den Haushalten sowie für den Hochlauf der Elektromobilität werden in Zukunft große Mengen an Strom benötigt. Der zusätzliche Bedarf entsteht v.a. in der Produktion z.B. für Batterien und Solarpanelen, für Klimaanlagen und die Elektrifizierung im Verkehr. Doch ein Bereich kommt neu dazu, der sich in den nächsten Jahren exponentiell entwickeln wird und den Stromverbrauch weiter nach oben treibt: die Künstliche Intelligenz.

Bisherige IT-Anwendungen über das Internet verbrauchen schon heute taxiert 200 TWh an Energie im Jahr (wäre Platz 6 des weltweiten Energieverbrauchs nach Ländern, vor ganz Deutschland). Vor allem Videos und Streaming-dienste machen mittlerweile 65% des gesamten Datenver-kehrs im Internet aus. Besonders haarsträubend ist dane-ben der Energieverbrauch beim Mining von Krypto-währungen: Um nur einen Bitcoin zu ‚schürfen‘ werden 300.000 bis 900.000 KWh Strom benötigt, so viel wie 30 deutsche Haushalte in einem Jahr. Hierfür sind eine leistungsstarke Netzinfrastruktur und riesige Rechen-zentren erforderlich, die rund um die Uhr laufen, dabei viel
Wärme produzieren und Wasser zur Kühlung benötigen. Dieser Bedarf wird sich in Zukunft aber noch stark beschleunigen: Die IEA erwartet eine Verdopplung des Stromverbrauchs von Rechenzentren bis ins Jahr 2030.

Hauptgrund hierfür ist die sprunghafte Entwicklung der Künstlichen Intelligenz. Riesige Datenmengen müssen allein für das Training der KI-Modelle verarbeitet werden. Dann werden für die Abarbeitung der Abermillionen von Nutzerabfragen (KI-Inferenz) wieder Rechenzentren mit Tausenden von sogenannten beschleunigten („accelera-ted“) Servern benötigt. Die KI-Erstellung eines 5-sekündi-gen Videos braucht mehr als 700-mal so viel Energie wie zur Erzeugung eines hochwertigen Bildes, was dem Betrieb einer Mikrowelle für über eine Stunde entspricht. Ein durchschnittliches KI-Rechenzentrum hat den Stromver-brauch einer Großstadt mit 100.000 Bewohnern oder in den ganz neuen geplanten KI-Datenfabriken der Hyperscaler (Amazon, Microsoft, Meta, Oracle etc.) einer Millionenstadt. Der Strombedarf von KI-Rechenzentren steigt damit laut Prognose der IEA im Zeitraum 2025 bis 2030 um 225 Prozent, der von konventionellen Servern erhöht sich im selben Zeitraum dagegen nur um 52 Prozent.
Mit den von den großen Tech-Unternehmen angekündigten enormen Milliardeninvestitionen in den Ausbau von Daten-zentren entfällt der größte Teil des steigenden Stromver-brauchs auf die USA. Schon heute werden 45 Prozent des weltweit für Rechenzentren benötigten Stroms in den Vereinigten Staaten verbraucht - auf den Plätzen zwei und drei folgen China (25 Prozent) und Europa (15 Prozent). Der Stromauftrieb für die US-Rechenzentren muss irgend-wie gedeckt werden, was große umweltpolitische Auswir-kungen hat. Im derzeitigen Strommix in den USA dominie-ren immer noch mit 57,2% die fossilen Brennstoffe. Da das Betreiben von Rechenzentren einer konstanten Leistungs-zufuhr bedarf, gehen mit deren Hochfahren erst mal weiter steigende CO2-Emissionen einher. Die großen Tech-Kon-zerne versuchen sich zwar für den zusätzlich benötigen Strom größere Kontingente von kohlenstoffarmen Energie-quellen zu sichern. Das schließt aber zum einen die Kern-kraft ein, die vielerorts wieder eine Art Renaissance erlebt. Zum anderen werden dadurch andere Energieverbraucher bei der Nutzung von Erneuerbaren verdrängt.

Ein weiteres Problem betrifft die Kühlung von Rechenzen-tren, da die leistungsstarken Server sehr viel Wärme produ-zieren. Die aufwendigen Kühlsysteme allein benötigen rund 40% der gesamten Energie bzw. erhebliche Mengen an sauberem Wasser. Daneben werden natürlich durch die Herstellung der Chips, Server und der Anlagen sowie beim Recycling des Elektroschrotts wieder Ressourcen ver-braucht. Wenn man alles einbezieht wurden für das Trai-ning des ChatGPT-Modells 4 in den Rechenzentren von Microsoft schätzungsweise 900.000 Liter Wasser hoher Qualität verbraucht. Ansonsten halten sich die großen Tech-Unternehmen bei der genauen Quantifizierung ihres Ressourcenverbrauchs eher zurück. Die enormen Investi-tionskosten, der Hunger nach konstanter Energie zu mög-lichst geringen Preisen und die potenzielle Umweltbelas-tung sind allerdings auch Gründe dafür, dass kleinere Fir-men z.B. in Europa beim Ausrollen von KI im industriellen Maßstab kaum mithalten können.
Hier nun die Frage, was das alles für Europa bzw. Deutsch-land heißt und wo da noch Chancen für uns liegen könnten. Zunächst einmal muss gesehen werden, dass die Arten von Halbleiter-Chips extrem vielfältig sind und deren Entwick-lung auf einer großen Zahl von Komponenten und Techni-ken beruht. Europa hat an der globalen Chipproduktion nur einen Anteil von 7%. Ein absoluter Weltmarkführer im Chip-Umfeld sitzt aber mit ASML in Holland. Hier werden hoch-komplexe Produktionsmaschinen für Halbleiter entworfen. Durch die Technologieführerschaft für Lithographie-Maschi-nen zur Bestückung der (Silizium-)Wafer mit integrierten Schaltungen können bereits Chipstrukturen im ultrakleinen Bereich von 5 nm hergestellt werden. Mit einem globalen Marktanteil von 80 bis 90 Prozent für Lithographie-Ausrüs-tung und einem Unternehmenswert von derzeit 340 Mrd.€ ist ASML das wertvollste Technologieunternehmens Euro-pas vor SAP.

Die besonderen EUV-Belichter (Extreme-Ultra-Violet) von ASML sind wiederum auf die Zulieferung von Hochleis-tungsoptiken von Zeiss SMT in Oberkochen angewiesen. SMT beschäftigt 8.000 Mitarbeiter und steuert mittlerweile 37% des Gesamtumsatzes von Zeiss bei. Eine weitere deutsche Firme ist essentiell: Trumpf aus Ditzingen hat ein Lasersystem entwickelt, das ein EUV-Licht mit einer Wellenlänge von nur wenigen Nanometern erzeugt – 10.000-mal kleiner als ein Haar. Trump ist darin weltweit führend. Die Entwicklungspartnerschaft mit Zeiss unter Beteiligung von ASML begann schon in den 1990er Jahren. Die Technik wurde jetzt zur High-NA-EUV-Lithographie weiterentwickelt und zur Marktreife gebracht. Ab 2026 werden die ersten Anlagen mit dieser neuen Technik des Partners ASML die Serienfertigung aufnehmen. Nur mal um eine Dimension zu verdeutlichen: Das Beleuchtungssystem wiegt mit rund 6 Tonnen vier Mal mehr als bisher und die Projektionsoptik aus über 40.000 Teilen kommt auf ein Gewicht von etwa zwölf Tonnen, was nicht zuletzt den Transport dieser Hochpräzisionsmaschinen vor große Herausforderungen stellt.
Quelle: Germany Trade & Invest, Europas Halbleiterindustrie im Rennen um den Weltmarkt, 07.05.2025

Doch auch abgesehen von diesem Highlight ist Deutschland in der Mikroelektronik gar nicht so schlecht aufgestellt. Betrachtet man nicht nur die fertigen Chips, sondern auch das Equipment zur Herstellung und die Rohmaterialen, so ist Deutschland laut einer aktuellen Studie des ifo-Instituts ein globaler Schlüssellieferant und gehört zu den insgesamt neun wichtigsten Ländern welt-weit. Vor allem bei Hochleistungshalbleitern, optischen Chips sowie der Sensortechnologie sei der Standort Deutschland neben den USA und Japan führend. Die Abhängigkeiten sind also nicht so einseitig wie immer ge-dacht, sondern wechselseitig: Deutschland, Japan, die USA und die Niederlande bestreiten einen erheblichen Teil der Ausrüstung für die Chipherstellung. In Asien wird die Mehr-zahl der Chips produziert, mit denen weltweit gehandelt wird. China und Taiwan sind dabei die Hauptexporteure bei allen Arten von integrierten Schaltkreisen. Südkorea ist laut der Studie Marktführer bei Speicherchips.

Die derzeit immer stärker in den Vordergrund tretende Abhängigkeit bei (vielen) Halbleitern, wie zuletzt bei den eigentlich simplen Chips von Nexperia für die Autoindustrie, hat also zwei Seiten. Wir sehen uns in vielen Bereichen einem gefährlich Erpressungspotenzial gegenüber, könnten aber auf der anderen Seite auch bei vielen Lieferketten Druck ausüben, wenn wir das wollten und politisch durch-setzen können! Auch in der Adaption von Chiptechnologien auf Bereiche in denen spezielles Anwendungswissen erforderlich ist hat Europa Stärken, wie z.B. im Bereich der Industrie-Automatisierung oder der Automobiltechnik.

Daneben unternimmt Europa und Deutschland (EU Chips Act mit 43 Mrd.€ Investitionspotenzial) mittlerweile auch in der Frage der ‚echten‘ Chipproduktion größere Anstren-gungen, um angesichts der steigenden geopolitischen Spannungen bestehende Abhängigkeiten zu reduzierten. Besonders das sich seit einem Jahr im Bau befindliche Werk des Taiwaner Auftragsfertiger TSMC in Dresden ist hier ein Meilenstein, das zusammen mit NXP, Infineon und Bosch betrieben werden soll. Es wird zehn Milliarden Euro kosten, davon aber 5 Mrd. vom Bund kommen. Ebenfalls in Dresden erweitert Infineon seit Werk für fünf Milliarden, 1/5 steuert hier die öffentliche Hand bei. Insbesondere im Großraum Dresden ist mit ‚Silicon Saxony‘ ein führendes Chipindustrie-Cluster mit internationaler Strahlkraft heran-gewachsen (jeder dritte in Europa produzierte Chip kommt aus Sachsen).

Zuletzt hat der amerikanische Chiphersteller Global-foundries bekannt gegeben, seine Auftragsfertigung in Dresden ausbauen zu wollen:  für die hiesige Rüstungsin-dustrie mit rein europäischer Lieferkette. Die Kapazität soll um gut zehn Prozent auf mehr als eine Million Wafer im Jahr steigen und dafür 1,1 Mrd.€ investiert werden. Auch Google hat für seinen Cloud-Anbieter AWS Anfang Novem-ber den Bau eines neuen Rechenzentrums in Ditzenbach bei Frankfurt angekündigt (Frankfurt hat mit DE-CIX den größten Internetknoten der Welt). Dabei soll der Strom zu 85% aus erneuerbaren Quellen stammen und die Abwärme in das Fernwärmenetz eingespeist werden. Insgesamt sollen in Deutschland 5,5 Mrd.€ in die Cloud- und KI-Infra-struktur investiert und bis zu 9.000 Arbeitsplätze gesichert werden, ohne staatliche Subventionen. Das Besondere: Es soll in Deutschland eine europa-autonome Cloud entwickelt werden, die hohen Ansprüchen an Datenresidenz und digitaler Souveränität genügt.

Dies alles zeigt, dass der Herkunft der Komponenten zur Reduktion der Abhängigkeiten von internationalen Zulie-ferern immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Die Mikroelektronik hat sich von einer rein industriellen Schlüs-seltechnologie zu einem geopolitischen Machtfaktor ent-wickelt. Wer Halbleiter beherrscht, kontrolliert nicht nur Wertschöpfungsketten. Hier hat Deutschland mit seinem  

Potenzial an gut ausgebildeten Fachkräften und seiner vielfältigen Forschungslandschaft gute Chancen, beim Know-how und der Generierung zukünftiger Innovationen entscheidend mithalten zu können: Deutschland weist laut der OECD-Studie vom 09.09.2025 den höchsten Anteil an Absolventen in den MINT-Fächern unter allen Ländern auf und ist führend in Schlüsselbereichen wie Quantencom-puting, Neuromorphischen Ansätzen (Nachbildung der selbstorganisierenden und selbstlernenden Effizienz des Gehirns) und damit generell energiesparender Halbleiter-technologie.

Damit sind wir zurück beim Thema des Energiehungers von KI-Anwendungen. Die bereits oben zitierte Studie der IEA sieht neben den Herausforderungen des verdoppelten Strombedarfs auch Chancen, in dem die Künstliche Intelli-genz dem Energiesektor auch neue Möglichkeiten zur Kostensenkung, Wettbewerbsfähigkeit und Emissionsre-duktion eröffnet. Auch in der Industrie könnten durch diese Technologie Prozesse optimiert werden, was größere Energieeinsparungen ermögliche. Andere sehen Chancen z.B. auch in der Verringerung von Lebensmittelverschwen-dung oder in der Landwirtschaft um den Einsatz von Dün-ger zu minimieren. Durch das schnelle Wachstum bei den KI-Anwendungen achten die Unternehmen inzwischen verstärkt auf den Stromverbrauch ihrer Chips. Gerade hier, bei Stromsparsystemen und Energieeffizienz, verfügt aber Europa über eine hohe Kompetenz.

Beispiele sind Jupiter, der schnellste Supercomputer Europas am Forschungszentrum Jülich, der gleichzeitig eine der energieeffizientesten der Welt ist. Unter Einbin-dung von Nvidia-Superchips, einer innovativen Speicher-technologie und einer hocheffizienten Warmwasserkühlung werden der Energieverbrauch deutlich reduziert. Außerdem wird die Abwärme genutzt, um nahegelegene Gebäude zu heizen. Zum zweiten ist Infineon ein führender Akteur in der Entwicklung von Lösungen zur Steigerung der Energieeffi-zienz in Rechenzentren, insbesondere im Bereich der Stromversorgung für KI-Systeme. Entwickelt wurde eine umfassende Strategie, um die Energieumwandlung über verschiedene Stufen hinweg möglichst effizient und effektiv zu steuern.

Daneben ist Infineon ein Durchbruch bei der Fertigung von Halbleitern auf Galliumnitrid-Basis (GaN) statt Silizium gelungen. Damit werden Stromsparchips möglich, die u.a. für Ladegeräte wichtig sind, aber auch bei KI-Servern und in der Elektromobilität eine Rolle spielen. GaN-Chips lassen sich bei höheren Temperaturen betreiben und müssen weniger gekühlt werden, waren bislang aber teurer und komplexer in der Anwendung. Jetzt errichtet Infineon in Villach die weltweit fortschrittlichste Fertigung für diese Chips.

Zuletzt eine weitere hochinteressante Entwicklung aus Deutschland, die vielleicht die gesamte Halbleiterindustrie verändern könnte: Photonen-Chips. Statt mit elektrischen Signalen wird hier mit Licht als Übertragungsmedium ge-arbeitet, dessen unterschiedliche Wellenlängen mehrere Prozesse parallel erlauben. Sie sind damit erheblich leis-tungsfähiger als herkömmliche Prozessoren und brauchen weniger Energie, zumal sie keiner Kühlung bedürfen. Bis-lang galten Photonenchips als fehleranfälliger und unge-nau. Dieses Problem will das Stuttgarter StartUp-Unter-nehmen Q.ANT, das 2018 als Ausgründung aus dem Maschinenbaukonzern Trumpf hervorging, nun gelöst haben und setzt auf ein spezielles Materialsystem, Dünnschicht-Lithiumniobat. Im Leibniz-Rechenzentrum in Garching sollen Rechner mit diesen Chips nun erstmals in ein großes Computernetzwerk integriert werden. Q.ANT hofft, dass ihre Photonen-Chips in zwei Jahren auf den Markt kommen. Na dann hoffen wir mal auf eine Revolution aus Deutschland!

In aller Kürze:

- Der weltweite Strombedarf von KI-Rechenzentren dürfte sich laut einer Studie der Internationalen Energieagentur (IEA) bis 2030 um 225 Prozent erhöhen. Der größte Teil des steigenden Stromverbrauchs entfällt auf die USA, wo die Hyperscaler (Amazon, Microsoft, Meta, Oracle etc.) alle enorme Milliardeninvestitionen in den Ausbau von Datenzentren ankündigen. Das hat auch große umweltpolitische Auswirkungen. Da der derzeitige Strommix in den USA noch mit 57,2% von fossilen Brenn-stoffen dominiert wird, geht das Hochfahren der Rechenzentren erst mal mit steigenden C02-Emissionen einher. Die großen Tech-Unternehmen versuchen sich zwar größere Kontingente von kohlenstoffarmen Energiequellen zu sichern, was aber die Kernkraft einschließt und zu Lasten von anderen Energieverbraucher bei der Nutzung von Erneuerbaren geht. Ein weiteres Problem betrifft die Kühlung, da die leistungsstarke Hardware sehr viel Wärme produziert. Die aufwendigen Kühlsysteme allein benötigen rund 40% der gesamten Energie bzw. erhebliche Mengen an sauberem Wasser.

- Die enormen Investitionskosten und der Hunger nach konstanter Energie zu geringen Preisen sind dann auch Gründe dafür, dass kleinere Firmen z.B. in Europa beim Ausrollen von KI im industriellen Maßstab kaum mithalten können. Europa hat an der globalen Chipproduktion nur einen Anteil von 7%. Betrachtet man nicht nur die fertigen Chips, sondern auch das Equip-ment zur Herstellung und die Rohmaterialen, so ist Deutschland laut einer aktuellen Studie des ifo-Instituts ein globaler Schlüssellieferant und gehört zu den insgesamt neun wichtigsten Ländern weltweit. Vor allem bei Hochleistungshalbleitern, optischen Chips sowie der Sensortechnologie ist der Standort Deutschland mit führend. Die Abhängigkeiten sind also nicht so einseitig wie immer gedacht, sondern wechselseitig.

- Beispiele für diese Technologieführerschaft sind z.B. die holländische Firma ASML, die in Kooperation mit Zeiss SMT und Trumpf der weltweit dominierende Anbieter von Lithographie-Maschinen zur Produktion von Halbleitern im ultrakleinen Bereich von 5 nm ist. Daneben hat Europa Stärken im Bereich von stromsparenden Computersystemen. Der schnellste Supercomputer Europas Jupiter am Forschungszentrum Jülich ist gleichzeitig eine der energieeffizientesten der Welt. Infineon ist ein führender Akteur in der Entwicklung von Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz in Rechenzentren, insbeson-dere im Bereich der Stromversorgung für KI-Systeme. Daneben ist Infineon ein Durchbruch bei der Fertigung von Halbleitern auf Galliumnitrid-Basis (GaN) statt Silizium gelungen, die spezielle Stromsparchips ermöglichen.

- Daneben unternimmt Europa und Deutschland mittlerweile auch in der Frage der ‚echten‘ Chipproduktion größere Anstren-gungen, um angesichts der steigenden geopolitischen Spannungen bestehende Abhängigkeiten zu reduzierten. Besonders das sich seit einem Jahr im Bau befindliche Werk des Taiwaner Auftragsfertiger TSMC in Dresden ist hier ein Meilenstein, das zusammen mit NXP, Infineon und Bosch betrieben werden soll. Zuletzt hat der amerikanische Chiphersteller Globalfoundries bekannt gegeben, seine Auftragsfertigung in Dresden ausbauen zu wollen, mit rein europäischer Lieferkette. Auch Google will in Ditzenbach bei Frankfurt für seine Cloud AWS ein neues Rechenzentrum bauen, das so weit wie möglich energieeffizient laufen soll. Und: Es soll in Deutschland eine europa-autonome Cloud entwickelt werden, die hohen Ansprüchen an Datenresidenz und digitaler Souveränität genügt.

- Deutschland hat mit seinem Potenzial an gut ausgebildeten Fachkräften und seiner vielfältigen Forschungslandschaft gute Chancen, beim Know-how und der Generierung zukünftiger Innovationen ein Wörtchen mitzureden. Laut einer aktuellen OECD-Studie Deutschland weist Deutschland den höchsten Anteil an Absolventen in den MINT-Fächern unter allen Ländern auf und ist führend in Schlüsselbereichen wie Quantencomputing, Neuromorphischen Ansätzen und energiesparender Halbleitertechnologie. Eine ermutigende Innovation könnten auch Photonen-Chips sein, die statt elektrischer Signale mit Licht als Übertragungsmedium arbeiten. Das Stuttgarter Start-Up Q.ANT will hier mittels eines speziellen Materialsystems marktfähige Alternativen zum herkömmlichen Chip entwickelt haben, die erheblich leistungsfähiger als herkömmliche Prozessoren sind, weniger Energie und kein Kühlung brauchen.
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