中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：《自然》雜志網(wǎng)站發(fā)表分析文章（作者Sophia Chen），探討了人工智能（AI）對(duì)能源消耗的影響，特別是生成式AI在數(shù)據(jù)中心的能源需求方面。文章通過(guò)弗吉尼亞州庫(kù)爾佩珀縣的數(shù)據(jù)中心建設(shè)案例，揭示了AI對(duì)當(dāng)?shù)仉娏A(chǔ)設(shè)施的潛在影響，并分析了全球范圍內(nèi)AI能源消耗的現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)。文章強(qiáng)調(diào)，盡管AI的能源消耗在全球范圍內(nèi)占比相對(duì)較小，但其對(duì)局部地區(qū)的影響可能相當(dāng)顯著，尤其是在數(shù)據(jù)中心密集的地區(qū)。同時(shí)，由于缺乏透明度，準(zhǔn)確評(píng)估AI的能源需求仍面臨挑戰(zhàn)。
弗吉尼亞州庫(kù)爾佩珀縣彌漫著干草和糞肥的氣味，這里每三個(gè)人就有一頭牛。“我們有很多大型農(nóng)場(chǎng)，大多數(shù)仍然是家族所有，還有很多森林，”庫(kù)爾佩珀縣居民之一的薩拉·帕梅勒說(shuō)?！斑@是一個(gè)非常迷人的小鎮(zhèn)美國(guó)?！?但現(xiàn)在，這個(gè)田園詩(shī)般的地方正在經(jīng)歷一場(chǎng)二十一世紀(jì)的轉(zhuǎn)變。在過(guò)去的幾年里，該縣批準(zhǔn)了七個(gè)大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的建設(shè)，這些項(xiàng)目將支持科技公司在生成式人工智能（AI）方面的雄心勃勃計(jì)劃。在這些巨大的建筑內(nèi)部，一排排的計(jì)算機(jī)服務(wù)器將幫助訓(xùn)練像ChatGPT這樣的聊天機(jī)器人的AI模型，并為可能來(lái)自世界各地的數(shù)十億日常查詢提供答案。
在弗吉尼亞州，這種建設(shè)將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。每個(gè)設(shè)施可能會(huì)消耗相當(dāng)于數(shù)萬(wàn)戶住宅家庭的電力，導(dǎo)致居民成本上升，并使該地區(qū)的電力基礎(chǔ)設(shè)施超出其容量。帕梅勒和其他社區(qū)成員對(duì)數(shù)據(jù)中心對(duì)電力的渴望感到警惕——尤其是因?yàn)楦ゼ醽喼菀呀?jīng)被稱為世界數(shù)據(jù)中心之都。2024年12月發(fā)布的一項(xiàng)審查指出，盡管數(shù)據(jù)中心帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)利益，但其增長(zhǎng)可能會(huì)在十年內(nèi)使弗吉尼亞州的電力需求翻倍?！半娏哪睦飦?lái)？”帕梅勒問(wèn)道，她在弗吉尼亞州繪制數(shù)據(jù)中心的建設(shè)地圖，并在總部位于弗吉尼亞州沃倫頓的非營(yíng)利組織皮埃蒙特環(huán)境委員會(huì)工作。“他們都在說(shuō)，‘我們將從其他地區(qū)購(gòu)買電力?！?但那個(gè)地區(qū)也計(jì)劃從你這里購(gòu)買電力?！?/span>
在全球范圍內(nèi)，類似的關(guān)于AI和能源的沖突正在許多數(shù)據(jù)中心以創(chuàng)紀(jì)錄的速度涌現(xiàn)的地方醞釀。大型科技公司正在大力押注生成式AI，與從數(shù)據(jù)中提取模式但不生成新文本和圖像的舊AI模型相比，它需要更多的能源來(lái)運(yùn)行。這促使公司花費(fèi)數(shù)千億美元在新的數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器上，以擴(kuò)大其容量。從全球角度來(lái)看，AI對(duì)未來(lái)電力需求的影響實(shí)際上預(yù)計(jì)相對(duì)較小。但數(shù)據(jù)中心集中在密集的集群中，在那里它們可以產(chǎn)生深遠(yuǎn)的本地影響。與其他能源密集型設(shè)施（如鋼鐵廠和煤礦）相比，它們?cè)诳臻g上更加集中。公司傾向于將數(shù)據(jù)中心建筑建在一起，以便它們可以共享電網(wǎng)和冷卻系統(tǒng)，并在彼此之間以及與用戶之間高效地傳輸信息。特別是弗吉尼亞州，通過(guò)提供稅收減免吸引了數(shù)據(jù)中心公司，導(dǎo)致了更多的聚集。
“如果你有一個(gè)數(shù)據(jù)中心，你可能會(huì)有更多，”帕梅勒說(shuō)。弗吉尼亞州已經(jīng)有340個(gè)這樣的設(shè)施，帕梅勒已經(jīng)繪制了159個(gè)擬建的數(shù)據(jù)中心或現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)建項(xiàng)目。在弗吉尼亞州，它們占該州電力使用量的四分之一以上。在愛(ài)爾蘭，數(shù)據(jù)中心占全國(guó)電力消耗的20%以上——其中大多數(shù)位于都柏林附近。而且這些設(shè)施的電力消耗在至少5個(gè)美國(guó)州已經(jīng)超過(guò)了10%。
進(jìn)一步復(fù)雜化問(wèn)題的是公司對(duì)其AI系統(tǒng)電力需求的透明度不足?！罢嬲膯?wèn)題是，我們幾乎沒(méi)有詳細(xì)的數(shù)據(jù)和知識(shí)來(lái)了解正在發(fā)生的事情，”獨(dú)立研究員喬納森·庫(kù)梅說(shuō)，他研究計(jì)算的能源使用已有30多年，并在加利福尼亞州伯靈格姆經(jīng)營(yíng)一家分析公司?！拔艺J(rèn)為每個(gè)研究這個(gè)主題的研究人員都在抓狂，因?yàn)槲覀儧](méi)有得到我們需要的東西，”阿姆斯特丹自由大學(xué)的研究員亞歷克斯·德·弗里斯說(shuō)，他也是荷蘭公司Digiconomist的創(chuàng)始人，該公司探索數(shù)字趨勢(shì)的意外后果?！拔覀冎皇潜M力而為，嘗試各種方法來(lái)得出一些數(shù)字?！?/span>
計(jì)算AI的能源需求
由于缺乏公司的詳細(xì)數(shù)據(jù)，研究人員通過(guò)兩種方式探索了AI的能源需求。2023年，德·弗里斯采用了一種供應(yīng)鏈（或基于市場(chǎng)）的方法。他檢查了主導(dǎo)生成式AI市場(chǎng)的NVIDIA服務(wù)器的功率消耗，并將其外推到一年所需的能源。然后，他將該數(shù)字乘以可能用于特定任務(wù)的此類服務(wù)器的總數(shù)量估計(jì)值，或者正在運(yùn)輸?shù)臄?shù)量。
德·弗里斯使用這種方法來(lái)估算如果谷歌搜索使用生成式AI所需的能源。兩家能源分析公司估計(jì)，將類似ChatGPT的AI集成到每次谷歌搜索中將需要40萬(wàn)到50萬(wàn)臺(tái)NVIDIA A100服務(wù)器，根據(jù)這些服務(wù)器的功率需求，這將每年消耗23到29太瓦時(shí)（TWh）的能源。然后，估計(jì)谷歌每天處理多達(dá)90億次搜索（來(lái)自各種分析師的大致數(shù)字），德·弗里斯計(jì)算出通過(guò)AI服務(wù)器的每次請(qǐng)求需要7到9瓦時(shí)（Wh）的能源。根據(jù)谷歌在2009年博客文章中報(bào)告的數(shù)字（見(jiàn)go.nature.com/3d8sd4t），這比正常搜索的能源消耗高出23到30倍。當(dāng)被要求對(duì)德·弗里斯的估計(jì)發(fā)表評(píng)論時(shí)，谷歌沒(méi)有回應(yīng)。
德·弗里斯表示，這種能源計(jì)算感覺(jué)像是“抓救命稻草”，因?yàn)樗坏貌灰蕾囁麩o(wú)法復(fù)制的第三方估計(jì)。而且他的數(shù)字很快過(guò)時(shí)了。現(xiàn)在用于AI集成谷歌搜索所需的服務(wù)器數(shù)量可能更低，因?yàn)榻裉斓腁I模型可以在計(jì)算成本的一小部分的情況下匹配2023年模型的準(zhǔn)確性，美國(guó)能源分析公司SemiAnalysis（德·弗里斯曾依賴其估計(jì)）在給《自然》雜志的電子郵件中寫道。
即便如此，該公司表示，評(píng)估生成式AI的能源足跡的最好方法仍然是監(jiān)控服務(wù)器運(yùn)輸及其功率需求，這正是許多分析師廣泛使用的方法。然而，分析師很難單獨(dú)隔離僅由生成式AI使用的能源，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心通常還執(zhí)行非AI任務(wù)。
自下而上的估計(jì)
另一種檢查AI能源需求的方法是“自下而上”的：研究人員測(cè)量特定數(shù)據(jù)中心中一個(gè)與AI相關(guān)的請(qǐng)求的能源需求。然而，獨(dú)立研究人員只能使用開源AI模型進(jìn)行測(cè)量，這些模型預(yù)計(jì)與專有模型相似。這些測(cè)試背后的概念是，用戶提交一個(gè)提示——例如請(qǐng)求生成圖像或基于文本的聊天——然后一個(gè)名為CodeCarbon的Python軟件包允許用戶的計(jì)算機(jī)訪問(wèn)執(zhí)行數(shù)據(jù)中心中模型的芯片的技術(shù)規(guī)格?！霸谶\(yùn)行結(jié)束時(shí)，它將給出你所使用的硬件消耗了多少能源的估計(jì)值，”幫助開發(fā)CodeCarbon的AI研究員薩沙·盧奇奧尼說(shuō)，她在紐約市的Hugging Face公司工作，該公司托管一個(gè)開源AI模型和數(shù)據(jù)集平臺(tái)。
盧奇奧尼和其他人發(fā)現(xiàn)，不同的任務(wù)需要不同數(shù)量的能源。根據(jù)他們的最新結(jié)果，平均而言，從文本提示生成圖像消耗約0.5瓦時(shí)的能源，而生成文本使用的略少。相比之下，現(xiàn)代智能手機(jī)可能需要22瓦時(shí)才能充滿電。但存在很大差異：更大的模型需要更多能源。德·弗里斯表示，這些數(shù)字低于他論文中的數(shù)字，但這可能是因?yàn)楸R奇奧尼和其他人使用的模型至少比ChatGPT背后的模型小一個(gè)數(shù)量級(jí)——而且AI正在變得更加高效。
這些數(shù)字是下限，根據(jù)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)匹茲堡分校的計(jì)算機(jī)科學(xué)家、盧奇奧尼的合作者艾瑪·斯特魯貝爾的說(shuō)法。否則，“公司會(huì)出來(lái)糾正我們”，她說(shuō)?！八麄儧](méi)有這樣做?！备匾氖?，公司通常會(huì)扣留軟件需要估算數(shù)據(jù)中心冷卻所用能源的信息。CodeCarbon也無(wú)法訪問(wèn)某些類型芯片的能源消耗。這包括谷歌的專有TPU芯片，法國(guó)數(shù)據(jù)科學(xué)家、CodeCarbon維護(hù)者貝諾伊特·庫(kù)爾蒂說(shuō)。
盧奇奧尼還研究了訓(xùn)練生成式AI模型需要多少能源——當(dāng)模型從大量數(shù)據(jù)中提取統(tǒng)計(jì)模式時(shí)。但如果模型每天收到數(shù)十億次查詢，正如德·弗里斯對(duì)他的谷歌估計(jì)所做的假設(shè)，那么回答這些查詢所使用的能源——總計(jì)太瓦時(shí)的電力——將主導(dǎo)AI的年度能源需求。訓(xùn)練像GPT-3這樣大小的模型，即ChatGPT第一個(gè)版本背后的模型，需要消耗吉瓦時(shí)的能源。
上個(gè)月，盧奇奧尼和其他研究人員啟動(dòng)了AI能源評(píng)分項(xiàng)目，這是一個(gè)公共倡議，用于比較不同任務(wù)中AI模型的能源效率，并為每個(gè)模型給出星級(jí)評(píng)分。專有、封閉模型的開發(fā)者也能夠上傳測(cè)試結(jié)果，盡管到目前為止，只有美國(guó)軟件公司Salesforce參與了。斯特魯貝爾表示，隨著競(jìng)爭(zhēng)加劇，公司越來(lái)越對(duì)最新行業(yè)模型的能源需求保持沉默。“信息共享在公司外部已經(jīng)減少了，”她說(shuō)。但像谷歌和微軟這樣的公司已經(jīng)報(bào)告說(shuō)他們的碳排放量正在增加，他們將其歸因于支持AI的數(shù)據(jù)中心建設(shè)。當(dāng)被《自然》雜志問(wèn)及對(duì)缺乏透明度的批評(píng)時(shí)，包括谷歌、微軟和亞馬遜在內(nèi)的公司沒(méi)有回應(yīng)；相反，他們強(qiáng)調(diào)他們正在與地方當(dāng)局合作，以確保新的數(shù)據(jù)中心不會(huì)影響當(dāng)?shù)氐墓檬聵I(yè)供應(yīng)。
一些政府現(xiàn)在要求公司提供更多的透明度。2023年，歐盟通過(guò)了一項(xiàng)能源效率指令，要求額定功率至少為500千瓦的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商每年報(bào)告其能源消耗。
全球預(yù)測(cè)
根據(jù)供應(yīng)鏈估算方法，數(shù)據(jù)中心目前僅使用世界電力需求的一小部分。國(guó)際能源署（IEA）估計(jì)，2022年此類設(shè)施使用的電力為240到340太瓦時(shí)，占世界需求的1%到1.3%（如果包括加密貨幣開采和數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)設(shè)施，這一比例將提高到2%）。AI熱潮將增加這一比例，但隨著世界電力消費(fèi)預(yù)計(jì)到2050年將增長(zhǎng)超過(guò)80%，原因是許多行業(yè)的電氣化、電動(dòng)汽車的興起和對(duì)空調(diào)的需求增加，數(shù)據(jù)中心“僅占整體電力需求增長(zhǎng)的一小部分”。
即使有了對(duì)AI當(dāng)前能源需求的近似值，預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)也很困難，庫(kù)梅警告說(shuō)?！皼](méi)有人知道數(shù)據(jù)中心，無(wú)論是AI還是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，幾年后會(huì)使用多少能源，”他說(shuō)。主要問(wèn)題是關(guān)于需要多少服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心存在分歧，這是一個(gè)領(lǐng)域，公用事業(yè)公司和科技公司有財(cái)務(wù)動(dòng)機(jī)夸大數(shù)字。許多預(yù)測(cè)都是基于“簡(jiǎn)單化的假設(shè)，將最近的趨勢(shì)外推到10年或15年以后?！?/span>
