Η «έκρηξη» της Τεχνητής Νοημοσύνης είχε τόσο μεγάλο αντίκτυπο στους τεχνολογικούς «κολοσσούς», ώστε η κατανάλωση ενέργειας και, μαζί με αυτήν, οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα να αυξηθούν κατακόρυφα.
Η θεαματική επιτυχία των μεγάλων γλωσσικών μοντέλων, όπως το ChatGPT, έχει συμβάλει στην αύξηση της ζήτησης ενέργειας. Με 2,9 βατώρες ανά αίτημα στο ChatGPT, τα ερωτήματα που αναλαμβάνει το AI μπορεί να απαιτούν περίπου 10 φορές περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από τα παραδοσιακά αιτήματα που τίθενται στην Google, σύμφωνα με το Electric Power Research Institute, μια μη κερδοσκοπική εταιρεία ερευνών. Οι αναδυόμενες δυνατότητες της ΤΝ, όπως η παραγωγή ήχου και βίντεο, είναι πιθανό να αυξήσουν περαιτέρω τη ζήτηση ενέργειας.
Οι ενεργειακές ανάγκες της Τεχνητής Νοημοσύνης έχουν αντίκτυπο και στους υπολογισμούς των εταιρειών ενέργειας, οι οποίες εξετάζουν τώρα επιλογές που προηγουμένως δεν ήταν βιώσιμες, όπως η επανεκκίνηση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας Three Mile Island, σημείο της καταστροφής του 1979, ο οποίος βρίσκεται σε αδράνεια από το 2019.
Τα data centers αναπτύσσονται συνεχώς εδώ και δεκαετίες, αλλά το μέγεθος της ανάπτυξης στην ακόμη νεαρή εποχή των μεγάλων γλωσσικών μοντέλων ήταν άνευ προηγουμένου. Η Τεχνητή Νοημοσύνη απαιτεί περισσότερους υπολογιστικούς πόρους και πόρους αποθήκευσης δεδομένων από ό,τι θα μπορούσε να προσφέρει ο προ-AI ρυθμός ανάπτυξης των data centers.
Τεχνητή Νοημοσύνη και δίκτυο
Χάρη στην Τεχνητή Νοημοσύνη, το ηλεκτρικό δίκτυο (grid) - που σε πολλά μέρη βρίσκεται ήδη κοντά στα πρόθυρα εξάντλησης της χωρητικότητας ή είναι επιρρεπές σε προκλήσεις σταθερότητας - αντιμετωπίζει μεγαλύτερη πίεση από ό,τι στο παρελθόν. Υπάρχει επίσης σημαντική υστέρηση μεταξύ της ανάπτυξης των υπολογιστών και της ανάπτυξης του δικτύου. Τα data centers χρειάζονται ένα έως δύο χρόνια για να κατασκευαστούν, ενώ η προσθήκη νέας ισχύος στο δίκτυο απαιτεί πάνω από τέσσερα χρόνια.
Όπως αναφέρει πρόσφατη έκθεση του Electric Power Research Institute, μόλις 15 πολιτείες φιλοξενούν το 80% των data centers στις ΗΠΑ. Σε ορισμένες πολιτείες - όπως η Βιρτζίνια, όπου βρίσκεται το Data Center Alley - πάνω από το 25% της ηλεκτρικής τους ενέργειας καταναλώνεται από κέντρα δεδομένων. Υπάρχουν παρόμοιες τάσεις συγκεντρωτικής ανάπτυξης κέντρων δεδομένων σε άλλα μέρη του κόσμου. Για παράδειγμα, η Ιρλανδία έχει γίνει ένα «έθνος των data center».
Παράλληλα με την ανάγκη να προστεθεί μεγαλύτερη παραγωγή ενέργειας για να διατηρηθεί αυτή η ανάπτυξη, σχεδόν όλες οι χώρες διατηρούν παράλληλα στόχους απομάκρυνσης του άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι προσπαθούν να ενσωματώσουν περισσότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας στο δίκτυο. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια, είναι διαλείπουσες: Ο άνεμος δεν φυσάει πάντα και ο ήλιος δεν λάμπει πάντα. Η έλλειψη φθηνής, πράσινης και κλιμακούμενης αποθήκευσης ενέργειας σημαίνει ότι το δίκτυο αντιμετωπίζει ακόμη μεγαλύτερο πρόβλημα προσαρμογής της προσφοράς στη ζήτηση.
Στις πρόσθετες προκλήσεις για την ανάπτυξη των data centers περιλαμβάνεται η αυξανόμενη χρήση υδρόψυξης για λόγους αποδοτικότητας, η οποία επιβαρύνει τις περιορισμένες πηγές γλυκού νερού. Ως αποτέλεσμα, ορισμένες κοινότητες αντιδρούν στις νέες επενδύσεις σε κέντρα δεδομένων.
Καλύτερη τεχνολογία
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους ο κλάδος αντιμετωπίζει αυτή την ενεργειακή κρίση. Πρώτον, ο εξοπλισμός των Η/Υ έχει γίνει σημαντικά πιο αποδοτικός ενεργειακά με την πάροδο του χρόνου όσον αφορά τις λειτουργίες που εκτελούνται ανά watt που καταναλώνεται. Η αποδοτικότητα της χρήσης ενέργειας των κέντρων δεδομένων, μέτρηση που δείχνει την αναλογία της ενέργειας που καταναλώνεται για την πληροφορική σε σχέση με αυτή που καταναλώνεται στην ψύξη και άλλες υποδομές, έχει μειωθεί στο 1,5 κατά μέσο όρο, και μάλιστα στο εντυπωσιακό 1,2 σε προηγμένες εγκαταστάσεις. Τα νέα data centers διαθέτουν πιο αποδοτική ψύξη με τη χρήση υδρόψυξης και εξωτερικού ψυχρού αέρα, όταν αυτός είναι διαθέσιμος.
Δυστυχώς, η αποτελεσματικότητα από μόνη της δεν πρόκειται να λύσει το πρόβλημα της βιωσιμότητας. Στην πραγματικότητα, το Παράδοξο του Jevons δείχνει πώς η αποτελεσματικότητα μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας μακροπρόθεσμα. Επιπλέον, η αύξηση της αποδοτικότητας του υλικού έχει επιβραδυνθεί σημαντικά, καθώς η βιομηχανία έχει φτάνει στο πικ της τεχνολογίας των τσιπ.
Για να συνεχίσουν να βελτιώνουν την αποδοτικότητα, οι ερευνητές σχεδιάζουν εξειδικευμένο υλικό, όπως επιταχυντές, νέες τεχνολογίες όπως 3D τσιπ, και νέες τεχνικές ψύξης των τσιπ.
Ομοίως, οι ερευνητές μελετούν και αναπτύσσουν όλο και περισσότερο τεχνολογίες ψύξης για τα data centers. Η έκθεση του Ερευνητικού Ινστιτούτου Ηλεκτρικής Ενέργειας υποστηρίζει νέες μεθόδους ψύξης, όπως η υγρή ψύξη με υποβοήθηση αέρα και η ψύξη μέσω εμβάπτισης. Ενώ η υγρή ψύξη έχει ήδη εισχωρήσει στα κέντρα δεδομένων, μόνο λίγα από αυτά έχουν εφαρμόσει την αναπτυσσόμενη ψύξη εμβάπτισης.
Ευέλικτο μέλλον
Ένας νέος τρόπος κατασκευής νέων AI data centers είναι η ευέλικτη υπολογιστική, όπου η βασική ιδέα είναι τα υπολογιστικά συστήματα να λειτουργούν περισσότερο όταν η ηλεκτρική ενέργεια είναι φθηνότερη, πιο διαθέσιμη και πιο πράσινη, και λιγότερο όταν είναι πιο ακριβή, σπάνια και ρυπογόνα.
Οι φορείς εκμετάλλευσης των data centers μπορούν να μετατρέψουν τις εγκαταστάσεις τους ώστε να αποτελούν ευέλικτο φορτίο στο δίκτυο. Η ακαδημαϊκή κοινότητα και η βιομηχανία έχουν παράσχει πρώιμα παραδείγματα ανταπόκρισης στη ζήτηση των data centers, όπου τα data centers ρυθμίζουν την ισχύ τους ανάλογα με τις ανάγκες του ηλεκτρικού δικτύου. Για παράδειγμα, μπορούν να προγραμματίσουν ορισμένες υπολογιστικές εργασίες αποφεύγοντας τις ώρες αιχμής.
Η εφαρμογή ευρύτερης και μεγαλύτερης κλίμακας ευελιξίας στην κατανάλωση ενέργειας απαιτεί καινοτομία στο υλικό, το λογισμικό και τον συντονισμό δικτύου-κέντρων δεδομένων. Ειδικά για την ΤΝ, υπάρχουν πολλά περιθώρια ανάπτυξης νέων στρατηγικών για τη ρύθμιση των υπολογιστικών φορτίων των κέντρων δεδομένων και, επομένως, της κατανάλωσης ενέργειας. Για παράδειγμα, τα data centers μπορούν να μειώσουν την ακρίβειά τους, για να μειώσουν τον φόρτο εργασίας κατά την εκπαίδευση μοντέλων AI.
Η υλοποίηση αυτού του οράματος απαιτεί καλύτερη μοντελοποίηση και πρόβλεψη. Τα data centers μπορούν να προσπαθήσουν να κατανοήσουν και να προβλέψουν καλύτερα τον φόρτο στο δίκτυο.
Η πρωτοβουλία πρόβλεψης φορτίου του Ινστιτούτου Έρευνας Ηλεκτρικής Ενέργειας περιλαμβάνει δραστηριότητες που βοηθούν στον σχεδιασμό και τη λειτουργία του δικτύου. Η ολοκληρωμένη παρακολούθηση και η ευφυής ανάλυση - ενδεχομένως βασιζόμενη στην τεχνητή νοημοσύνη - τόσο για τα data centers όσο και για το δίκτυο είναι απαραίτητες για την ακριβή πρόβλεψη.
Κρίσιμη καμπή
Οι ΗΠΑ βρίσκονται σε μια κρίσιμη καμπή με την εκρηκτική ανάπτυξη της Τεχνητής Νοημοσύνης. Είναι εξαιρετικά δύσκολο να ενσωματωθούν εκατοντάδες μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας στα ήδη επιβαρυμένα δίκτυα. Ίσως ήρθε η ώρα να επανεξετάσουμε τον τρόπο με τον οποίο η βιομηχανία κατασκευάζει κέντρα δεδομένων.
Μια δυνατότητα είναι η βιώσιμη κατασκευή περισσότερων μικρών εγκαταστάσεων data centers, φέρνοντας την πληροφορική στις τοπικές κοινότητες. Αυτά τα κέντρα δεδομένων μπορούν επίσης να προσθέσουν αξιόπιστα υπολογιστική ισχύ σε πυκνές, αστικές περιοχές χωρίς να επιβαρύνουν περαιτέρω το δίκτυο. Ενώ αυτά τα μικρότερα κέντρα αποτελούν επί του παρόντος το 10% των κέντρων δεδομένων στις ΗΠΑ, οι αναλυτές προβλέπουν ότι η αγορά για μικρότερης κλίμακας κέντρα δεδομένων θα αυξηθεί κατά πάνω από 20% τα επόμενα πέντε χρόνια.
Μαζί με τη μετατροπή σε πιο ευέλικτη λειτουργία, η καινοτομία στα περιφερειακά κέντρα δεδομένων μπορεί να καταστήσει τις ενεργειακές απαιτήσεις της Τεχνητής Νοημοσύνης πολύ πιο βιώσιμες.
*Η Ayse Coskun είναι Καθηγήτρια στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Πανεπιστημίου της Βοστώνης. Το άρθρο αναδημοσιεύεται αυτούσιο μέσω άδειας Creative Commons από τον ιστότοπο The Conversation.
