Bit2Watt: GPU-Arbeitslasten bedrohen Stromversorgung von Rechenzentren

Forscher zeigen mit Bit2Watt, wie schwankende GPU-Startlasten in Rechenzentren Stromnetze destabilisieren können. Ein Exploit ist dafür nicht nötig.

Drei Wissenschaftler der Zhejiang-Universität haben in einer Forschungsarbeit für die Fachkonferenz CHES 2026 das Konzept Bit2Watt vorgestellt. Die Methode demonstriert, wie Nutzer von Cloud-Diensten durch reguläre Zugriffe auf Grafikprozessoren die Leistungsaufnahme eines Rechenzentrums in Schwingung versetzen können. Da der Stromverbrauch von Grafikprozessoren direkt von der Auslastung der Rechenkerne abhängt, erzeugt der schnelle Wechsel zwischen Volllast und Leerlauf kontrollierbare Leistungsschwankungen an der Steckdose. Für diesen Vorgang sind weder administrative Rechte noch Sicherheitslücken oder Schadsoftware erforderlich.

Die Forscher unterschieden zwei Vorgehensweisen: Einen eigens entwickelten CUDA-Kernel namens SWMA, der hochfrequente Schwankungen erzeugt, sowie das Verfahren LTMA, das Leistungsschwankungen durch Anpassung von Hyperparametern direkt in das Training großer Sprachmodelle einbettet.

Simulationen zur Wirkung auf lokale und regionale Stromnetze

Die Auswirkungen der Leistungsschwankungen untersuchten die Wissenschaftler in physikalischen Testaufbauten sowie in Netzsimulatoren. In einem simulierten lokalen Stromnetz mit einer Leistung von einem Megawatt und 1.000 synchron geschalteten Grafikprozessoren stieg der Oberschwingungsgehalt auf 46,8 Prozent, was deutlich über den Richtwerten internationaler Standards liegt. Bei der Simulation eines weitverzweigten Übertragungsnetzes führte eine lokale Störung im Modell zu Kettenreaktionen und Lastabwürfen. Die Autoren betonen jedoch, dass eine exakte zeitliche Synchronisation über tausende Grafikprozessoren hinweg in realen Cloud-Infrastrukturen eine erhebliche technische Hürde darstellt.

Grenzen der Überwachung in Rechenzentren

Herkömmliche Telemetriesysteme in Rechenzentren erfassen Leistungsdaten meist in Intervallen von mehreren Hundert Millisekunden bis zu einer Sekunde. Da die erzeugten Schwingungen im Kilohertz-Bereich liegen, werden sie von Standard-Messgeräten kaum registriert. Neben der theoretischen Belastung für das Stromnetz zeigten die Forscher, dass die thermischen und elektrischen Rückwirkungen zur Auslösung von Schutzschaltern an den Servern führen können. Zudem lässt sich die Schwankung der elektromagnetischen Abstrahlung als verdeckter Kanal zur Datenübertragung im Nahfeld nutzen. Zur Abwehr schlagen die Forscher den Einsatz von Batteriespeichern, Filtern für Oberschwingungen sowie eine übergreifende Überwachung von Rechenlasten und Stromversorgung vor.

(red)