AI正在“吸干”全球電力 更可怕的事還在后面

近年來，人工智能（AI）的崛起引起了廣泛的討論和擔(dān)憂，很多人擔(dān)心AI會(huì)造成失業(yè)率飆升，而有些樂觀的朋友則戲稱“只要電費(fèi)貴過饅頭，AI就永遠(yuǎn)不能完全代替人”。

雖然這是句玩笑話，但背后則是實(shí)實(shí)在在的AI能耗問題，越來越多的人擔(dān)憂高能耗將成為制約AI發(fā)展的瓶頸。

就在不久前，技術(shù)創(chuàng)業(yè)者、前谷歌工程師凱爾·科比特（Kyle Corbitt）在社交媒體X上表示，微軟已經(jīng)遇到了這方面的難題。

AI到底有多費(fèi)電？

科比特稱，訓(xùn)練GPT-6的微軟工程師們正忙著搭建IB網(wǎng)絡(luò)（InfiniBand），把分布在不同地區(qū)的GPU連接起來。這項(xiàng)工作很困難，但他們別無選擇，因?yàn)槿绻殉^10萬塊H100芯片部署在同一個(gè)地區(qū)，電網(wǎng)就會(huì)崩潰。

來源：X@corbtt為什么這些芯片集中起來會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰的后果呢？讓我們來簡單算一筆賬。

英偉達(dá)網(wǎng)站上公布的數(shù)據(jù)顯示，每塊H100芯片的峰值功率為700W，10萬塊H100峰值功耗最高可達(dá)7000萬W。而X評(píng)論區(qū)有能源行業(yè)從業(yè)者指出，10萬塊芯片的總能耗將相當(dāng)于一座小型太陽能或風(fēng)能發(fā)電廠的全部輸出。

除此之外，還要考慮這么多芯片的配套設(shè)施的能耗，包括服務(wù)器和冷卻設(shè)備。這么多耗電設(shè)施，集中在一小片區(qū)域，給電網(wǎng)帶來的壓力可想而知。

AI耗電，冰山一角

關(guān)于AI能耗問題，《紐約客》的報(bào)道一度引起廣泛關(guān)注。報(bào)道估算，ChatGPT每日耗電量或超過50萬千瓦時(shí)。（參見：ChatGPT日耗電超50萬度，卡死AI發(fā)展的竟然是能源？）實(shí)際上，目前AI耗電量雖然看上去是個(gè)天文數(shù)字，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及加密貨幣和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。

而微軟工程師遇到的難題也表明，制約AI發(fā)展的不僅是技術(shù)本身的能耗，還有配套基礎(chǔ)設(shè)施的能耗，以及電網(wǎng)的承載力。

國際能源署（IEA）發(fā)布的一份報(bào)告顯示，2022年全球數(shù)據(jù)中心、人工智能和加密貨幣的耗電量達(dá)到460 TWh，占全球能耗的近2%。IEA預(yù)測(cè)，在最糟糕的情況下，到2026年這些領(lǐng)域的用電量將達(dá)1000 TWh，與整個(gè)日本的用電量相當(dāng)。

但是，報(bào)告同時(shí)顯示，目前直接投入AI研發(fā)的能耗遠(yuǎn)低于數(shù)據(jù)中心和加密貨幣。英偉達(dá)在AI服務(wù)器市場(chǎng)中占據(jù)約95%的份額，2023年供應(yīng)了約10萬塊芯片，每年耗電量約為7.3 TWh。

但是在2022年，加密貨幣的能耗為110 TWh，與整個(gè)荷蘭的用電量相當(dāng)。

圖注：2022年與2026年，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心、加密貨幣、AI數(shù)據(jù)中心的能耗估計(jì)值（柱狀圖從下往上依次展示）?？梢?，目前AI耗電量遠(yuǎn)低于數(shù)據(jù)中心和加密貨幣。圖片來源：IEA

冷卻能耗，不容忽視

數(shù)據(jù)中心的能效通常用能效比（Power Usage Effectiveness）評(píng)估，即消耗的所有能源與IT負(fù)載消耗的能源的比值。能效比越接近于1，表明數(shù)據(jù)中心浪費(fèi)的能源越少。

數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)組織Uptime Institute發(fā)布的報(bào)告顯示，2020年全球大型數(shù)據(jù)中心的平均能效比約為1.59。也就是說，數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備每消耗1度電，其配套設(shè)備就消耗0.59度電。

數(shù)據(jù)中心的額外能耗中，絕大部分應(yīng)用于冷卻系統(tǒng)。一項(xiàng)調(diào)查研究顯示，冷卻系統(tǒng)消耗的能量可達(dá)數(shù)據(jù)中心總能耗的40%。近些年，隨著芯片更新?lián)Q代，單臺(tái)設(shè)備的功率增大，數(shù)據(jù)中心的功率密度（即單位面積耗電量）不斷提升，對(duì)散熱提出了更高的要求。

但與此同時(shí)，通過改進(jìn)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)，就能大幅減少能量的浪費(fèi)。因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各方面的差異，不同數(shù)據(jù)中心的能效比差異很大。

Uptime Institute報(bào)告顯示，歐洲國家已經(jīng)把能效比降到了1.46，而在亞太地區(qū)仍有超過十分之一的數(shù)據(jù)中心能效比超過2.19。

世界各國正在采取措施，敦促數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。其中，歐盟要求大型數(shù)據(jù)中心設(shè)立余熱回收設(shè)備；美國政府注資研發(fā)更高能效的半導(dǎo)體；中國政府也出臺(tái)措施，要求數(shù)據(jù)中心從2025年起能效比不高于1.3，并將可再生能源使用比例逐年上調(diào)，到2032年達(dá)到100%。

科技公司用電，節(jié)流難開源更難

隨著加密貨幣和AI的發(fā)展，各大科技公司的數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大。據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計(jì)，在2022年美國擁有2700座數(shù)據(jù)中心，消耗了全國用電量的4%，并預(yù)測(cè)這一比例到2026年將達(dá)到6%。

隨著美國東西海岸用地越發(fā)緊張，數(shù)據(jù)中心逐步向愛荷華州、俄亥俄州等中部地區(qū)轉(zhuǎn)移，但這些二線地區(qū)原有的產(chǎn)業(yè)并不發(fā)達(dá)，電力供應(yīng)可能無法滿足需求。

一些技術(shù)公司嘗試擺脫電網(wǎng)的束縛，直接從小型核電站購買電能，但這種用電方式和新建核電站都要面臨復(fù)雜的行政流程。

微軟嘗試使用AI輔助完成申請(qǐng)，而谷歌使用AI進(jìn)行運(yùn)算任務(wù)調(diào)度，以提高電網(wǎng)運(yùn)行效率，降低企業(yè)碳排放。至于可控核聚變何時(shí)投入應(yīng)用，目前仍然是未知數(shù)。

氣候變暖，雪上加霜

AI的研發(fā)需要穩(wěn)定而強(qiáng)大的電網(wǎng)支持，但隨著極端天氣頻發(fā)，許多地區(qū)的電網(wǎng)正在變得更加脆弱。氣候變暖會(huì)導(dǎo)致更加頻繁的極端天氣事件，不僅造成用電需求激增，加重電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，還會(huì)直接沖擊電網(wǎng)設(shè)施。

IEA報(bào)告指出，受干旱、降雨不足和提早融雪的影響，2023年全球水力發(fā)電占比下跌到三十年來的最低值，不足40%。天然氣往往被視為向可再生能源轉(zhuǎn)型過程中的一座橋梁，但它在冬季極端天氣下并不穩(wěn)定。

2021年，寒潮襲擊美國得克薩斯州，導(dǎo)致大面積斷電，部分居民家中斷電超過70小時(shí)。這次災(zāi)難的一個(gè)主要原因就是天然氣管道冰凍，造成天然氣發(fā)電廠停擺。

北美電力可靠性委員會(huì)（North American Electric Reliability Council，簡稱NERC）預(yù)測(cè)，在2024-2028年，美國、加拿大有超過300萬人口面臨越來越高的斷電風(fēng)險(xiǎn)。為保障能源安全，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，許多國家也將核電站視為一種過渡措施。

在2023年12月舉辦的聯(lián)合國應(yīng)對(duì)氣候變化委員會(huì)第28次峰會(huì)（COP 28）上，22個(gè)國家簽署聯(lián)合聲明，承諾到2050年將核能發(fā)電能力提升到2020年水平的3倍。

與此同時(shí)，隨著中國、印度等國大力推進(jìn)核電建設(shè)，IEA預(yù)測(cè)到2025年，全球核電發(fā)電量將達(dá)到歷史新高。

IEA報(bào)告指出：“在變化的氣候模式面前，提高能源多樣化、提升電網(wǎng)跨區(qū)域調(diào)度能力和采取更加抗沖擊的發(fā)電方式將變得越發(fā)重要。” 保障電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，不僅關(guān)系到AI技術(shù)的發(fā)展，更是關(guān)乎國計(jì)民生。