AI“電荒”警告！黃仁勛、奧特曼：AI盡頭是光伏和儲(chǔ)能

來源：數(shù)據(jù)觀綜合 時(shí)間：2024-03-11 16:16:59 作者：

　　近日，AI芯片龍頭英偉達(dá)的創(chuàng)始人兼CEO黃仁勛表示，AI的未來發(fā)展與狀態(tài)和儲(chǔ)能緊密相連。他強(qiáng)調(diào)：“不應(yīng)僅僅關(guān)注計(jì)算力，而是需要更全面地考慮能源消耗問題。AI的盡頭是光伏和儲(chǔ)能。我們不能只想著算力，如果只考慮計(jì)算機(jī)，我們需要燒掉14個(gè)地球的能源?！?/p>

　　同時(shí)，近期OpenAl的創(chuàng)始人山姆·奧特曼也提出了類似的看法。他認(rèn)為：“未來AI技術(shù)的發(fā)展將高度依賴于能源，特別是光伏和儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步。未來AI的技術(shù)取決于能源，我們需要更多的光伏和儲(chǔ)能?！?/p>

　　ChatGPT日耗電超50萬度

　　在OpenAI訓(xùn)練的AI聊天機(jī)器人ChatGPT大火之后，谷歌、Meta等科技巨頭們加大了在生成式人工智能研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的投入，這也給諸多領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，尤其是提供算力支持的芯片，英偉達(dá)H100、A100等供不應(yīng)求，大幅推升了他們的營收和利潤。

　　不過，生成式人工智能研發(fā)和應(yīng)用的熱潮，也有不利的一面，例如對(duì)電力的消耗。據(jù)《紐約客》雜志報(bào)道，ChatGPT每天需要處理約2億次請(qǐng)求，日耗電量超過了50萬千瓦時(shí)。報(bào)道中指出，根據(jù)2022年的數(shù)據(jù)，美國家庭的日均用電量是29千瓦時(shí)。50萬千瓦時(shí)就已能滿足17241個(gè)美國家庭一天的用電需求，是47個(gè)美國家庭一年的用電量。

　　如果將ChatGPT等生成式人工智能技術(shù)整合到熱門的應(yīng)用中，電力需求就將更大。根據(jù)發(fā)表在《焦耳》雜志上的一項(xiàng)研究表明，人工智能對(duì)環(huán)境的影響可能比之前認(rèn)為的要大。研究發(fā)現(xiàn)，人工智能每年最終消耗的能源與荷蘭、瑞典等國家一樣大，甚至更多，可能會(huì)破壞全球減少碳排放的努力。

　　這篇論文的作者——阿姆斯特丹自由大學(xué)商業(yè)與經(jīng)濟(jì)學(xué)院的博士候選人德弗里斯（Alex de Vries）表示，基于技術(shù)的發(fā)展速度，這可能在短短幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

　　德弗里斯在他的研究中解釋道，像ChatGPT這樣的大型語言模型（LLM）需要大量的數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練人工智能。他稱，“如果你要花費(fèi)大量資源，建立這些真正的大型模型，并嘗試運(yùn)營一段時(shí)間，那將是潛在的巨大能源浪費(fèi)。”

　　AI模型經(jīng)過訓(xùn)練階段后，會(huì)過渡到推理階段，然后根據(jù)新的輸入生成信息。而推理階段消耗的能源似乎更多。

　　研究公司SemiAnalysis表示，OpenAI公司需要3617臺(tái)英偉達(dá)的HGX A100服務(wù)器，總共28936個(gè)圖形處理單元（GPU）來支持ChatGPT，這意味著每天的能源需求就要達(dá)到564兆瓦時(shí)，這要比訓(xùn)練階段的能源需求高得多。

　　德弗里斯還指出，谷歌報(bào)告顯示，從2019年到2021年，其與AI相關(guān)的能源消耗中有60%來自所謂的生成推理階段。

　　過去的工作常常關(guān)注的是AI訓(xùn)練所消耗的能量，但德弗里斯提醒道，需要有更多的工作來考慮AI的整個(gè)生命周期。

　　該研究論文指出，隨著AI產(chǎn)品的廣泛使用以及被更多公司采用，對(duì)AI芯片的需求正在上升。

　　英偉達(dá)生產(chǎn)的GPU芯片作為人工智能領(lǐng)域的命脈，該公司在2023年第二季度的收入為135億美元，其數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)較上一季度增長了141%，這一點(diǎn)足以證明人工智能產(chǎn)品需求的迅速增長。

　　德弗里斯告訴媒體：“考慮到未來幾年的預(yù)期產(chǎn)量，到2027年，新制造的AI設(shè)備的用電量將與荷蘭一樣多，這也與瑞典、阿根廷等國的用電量處于同一范圍。”

　　德弗里斯還承認(rèn)：“最壞的情況就是，僅谷歌一家公司的AI就可以消耗與愛爾蘭等國家一樣多的電力?！?/p>

　　德弗里斯在論文中設(shè)想，如果將生成式人工智能集成到谷歌的每一個(gè)搜索中，那么屆時(shí)谷歌就會(huì)大幅增加對(duì)電力的需求。

　　SemiAnalysis估計(jì)，在每個(gè)谷歌搜索中實(shí)現(xiàn)類似ChatGPT的AI，將需要51.28萬個(gè)英偉達(dá)A100 HGX服務(wù)器，總計(jì)410.26萬個(gè)GPU，每臺(tái)服務(wù)器的電力需求為6.5千瓦，這將相當(dāng)于每天80吉瓦時(shí)的電力消耗和每年29.2太瓦時(shí)的電力消耗。

　　另一家研究機(jī)構(gòu)New Street Research也得出了類似的估計(jì)，認(rèn)為谷歌將需要大約40萬臺(tái)服務(wù)器，這將導(dǎo)致每天消耗62.4吉瓦時(shí)，每年消耗22.8太瓦時(shí)的能源。

　　不過，《紐約客》雜志在報(bào)道中也提到，由于在推進(jìn)AI研發(fā)及應(yīng)用的科技巨頭們，并未披露電力消耗方面的數(shù)據(jù)，因而計(jì)算AI總的耗電量并不容易。亞歷克斯·德弗里斯也是基于英偉達(dá)公開的數(shù)據(jù)，給出相關(guān)的預(yù)期的。

　　但無論AI領(lǐng)域的電力需求是否容易計(jì)算，這一領(lǐng)域的電力消耗在大幅增加都是不爭(zhēng)的事實(shí)。而隨著AI的發(fā)展，對(duì)電力的需求預(yù)計(jì)還將持續(xù)增加。

　　馬斯克：AI缺芯之后是缺電

　　今年2月底，在“博世互聯(lián)世界2024”大會(huì)上，馬斯克最新采訪表示：芯片短缺的情況可能已經(jīng)過去，但AI和電動(dòng)汽車正在以如此迅猛的速度擴(kuò)張，明年全球?qū)⒚媾R電力和變壓器供應(yīng)緊張的問題。

　　回想去年此時(shí)，在一輪由ChatGPT掀起的大模型創(chuàng)業(yè)潮里，AI芯片成了搶手貨，其中GPU最為明顯。馬斯克指出：“就我目力所及，我從未見過任何技術(shù)能比AI計(jì)算能力的發(fā)展更快，AI上線的算力似乎每6個(gè)月就會(huì)增加10倍。顯然，這種情況不可能永遠(yuǎn)以如此高的速度持續(xù)下去，否則會(huì)超過宇宙的質(zhì)量，但我從未見過任何類似的事情。這就是為什么Nvidia市值如此巨大的原因，因?yàn)樗麄兡壳皳碛凶詈玫纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片。淘“芯”熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過歷史上所有的淘金熱?！?/p>

　　馬斯克同時(shí)指出：“AI算力的限制是可以預(yù)見的，事實(shí)上我在一年多前就預(yù)測(cè)到了這一點(diǎn)——一年多前的芯片短缺，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片。然后，很容易預(yù)測(cè)，下一個(gè)短缺將是降壓變壓器（voltage stepdown transformers）。如果你從電力公司獲得 100-300 千伏的電力，而它必須一直降壓到 6 伏，這就是一個(gè)很大的降壓過程?！?/p>

　　隨后，他警告稱：“那么，接下來短缺的將是電力。我認(rèn)為明年，沒有足夠的電力來運(yùn)行所有的芯片。電動(dòng)汽車和人工智能的同步增長，兩者都需要電力，都需要變壓器——我認(rèn)為，正在創(chuàng)造對(duì)電氣設(shè)備和發(fā)電的巨大需求。”

　　值得注意的是，這已經(jīng)不是馬斯克第一次試圖引起業(yè)界對(duì)于缺電危機(jī)的更大關(guān)注。

　　7月底，馬斯克在太平洋瓦電公司PG&E主辦的創(chuàng)新峰會(huì)上重申，美國2年內(nèi)將爆發(fā)大缺電，到2045年美國的電力消耗將增加2倍，處理不當(dāng)將阻礙AI、電動(dòng)車發(fā)展機(jī)遇。他呼吁電企，盡快提升緊迫感，警告必須采取更快的行動(dòng)。

　　AI不僅耗電還耗水

　　AI除了耗電量驚人，同時(shí)還非常耗水。

　　無論是訓(xùn)練階段還是推理階段，AI都離不開大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。而數(shù)據(jù)中心服務(wù)器運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，水冷是服務(wù)器最普遍的方法，這就導(dǎo)致了巨大的水資源消耗。

　　有數(shù)據(jù)顯示，GPT-3在訓(xùn)練期間耗用近700噸水，其后每回答20-50個(gè)問題，就需消耗500毫升水。弗吉尼亞理工大學(xué)研究指出，數(shù)據(jù)中心每天平均必須耗費(fèi)401噸水進(jìn)行冷卻，約合10萬個(gè)家庭用水量。Meta在2022年使用了超過260萬立方米（約6.97億加侖）的水，主要用于數(shù)據(jù)中心。微軟在其最新的環(huán)境報(bào)告中透露，2022年公司用水量同比去年激增了34%，達(dá)到640萬立方米，比2500個(gè)奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)游泳池的水量還多。谷歌發(fā)布的2023年環(huán)境報(bào)告同樣顯示，其2022年消耗的水量高達(dá)212億升，比上一年增加了 20%，其中有約196億升的水用于數(shù)據(jù)中心。

　　此外，AI另一個(gè)重要基礎(chǔ)設(shè)施芯片，其制造過程也是一個(gè)大量消耗能源和水資源的過程。能源方面，芯片制造過程需要大量電力，尤其是先進(jìn)制程芯片。國際環(huán)保機(jī)構(gòu)綠色和平東亞分部《消費(fèi)電子供應(yīng)鏈電力消耗及碳排放預(yù)測(cè)》報(bào)告對(duì)東亞地區(qū)三星電子、臺(tái)積電等13家頭部電子制造企業(yè)碳排放量研究后稱，電子制造業(yè)特別是半導(dǎo)體行業(yè)碳排放量正在飆升，至2030年全球半導(dǎo)體行業(yè)用電量將飆升至237太瓦時(shí)。

　　水資源消耗方面，硅片工藝需要“超純水”清洗，且芯片制程越高，耗水越多。生產(chǎn)一個(gè)2克重的計(jì)算機(jī)芯片，大約需要32公斤水。制造8寸晶圓，每小時(shí)耗水約250噸，12英寸晶圓則可達(dá)500噸。

　　臺(tái)積電每年晶圓產(chǎn)能約3000萬片，芯片生產(chǎn)耗水約8000萬噸左右。充足的水資源已成為芯片業(yè)發(fā)展的必要條件。2023年7月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省決定建立新制度，向半導(dǎo)體工廠供應(yīng)工業(yè)用水的設(shè)施建設(shè)提供補(bǔ)貼，以確保半導(dǎo)體生產(chǎn)所需的工業(yè)用水。

　　長期來看，AI、無人駕駛等推廣應(yīng)用將導(dǎo)致芯片制造業(yè)進(jìn)一步增長，隨之而來的將是能源資源的大量消耗。

　　AI耗能之困何解？

　　AI背后，是算力，算力背后是能耗。隨著算力、性能的不斷提升，人工智能飛速發(fā)展的背后，能源和水資源的消耗問題也日益凸顯，成為了業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　根據(jù)國際能源署估計(jì)，數(shù)據(jù)中心的用電量占全球電力消耗的1.5%至2%，大約與整個(gè)英國的耗電量相當(dāng)。預(yù)計(jì)到2030年，這一比例將上升到4%。

　　面對(duì)AI的能耗之困，OpenAI 和微軟押注的便是核聚變。

　　2021年，奧特曼向美國私有核聚變公司Helion Energy投資了3.75億美元。Helion Energy聲稱正在建設(shè)世界上第一座核聚變發(fā)電廠。目前，該公司已經(jīng)簽署了一項(xiàng)電力購買協(xié)議，未來幾年將用核聚變?yōu)槲④浱峁┠茉?。該協(xié)議將使世界上第一臺(tái)商業(yè)核聚變發(fā)電機(jī)接入華盛頓的電網(wǎng)，其目標(biāo)是產(chǎn)生至少50兆瓦的電力，比美國頭兩個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量還多42兆瓦。Helion公司最樂觀的估計(jì)是，到2029年，其將產(chǎn)生足以為40，000個(gè)美國家庭提供能源的能量，目前來看，遠(yuǎn)水解不了近渴。

　　技術(shù)路線上，微軟更青睞小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）。據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道，微軟正在計(jì)劃利用下一代核反應(yīng)堆，即所謂的小型模塊化反應(yīng)堆，來支持其數(shù)據(jù)中心和AI項(xiàng)目。微軟是首批對(duì)SMR表現(xiàn)出興趣的公司之一。AI訓(xùn)練和推理的高能耗使得微軟需要更多能源支撐其業(yè)務(wù)。

　　與投資者熟悉的光伏、風(fēng)能不同，核能的優(yōu)勢(shì)在于能夠提供全天候的穩(wěn)定能源。但這項(xiàng)能源也有一個(gè)極其顯著的障礙：令人生畏、成本高昂的核能監(jiān)管程序。

　　人工智能的加速發(fā)展，正在加劇人們對(duì)AI和數(shù)據(jù)中心的電力消耗和潛在環(huán)境影響的擔(dān)憂。據(jù)估計(jì)，由生成式人工智能驅(qū)動(dòng)的搜索所消耗的能量是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)搜索的四到五倍。在未來幾年內(nèi)，大型人工智能系統(tǒng)可能會(huì)需要與整個(gè)國家相當(dāng)?shù)哪茉垂?yīng)。

　　今年2月1日，以馬薩諸塞州參議員埃德·馬基為首的美國民主黨提出了《2024年人工智能環(huán)境影響法案》。該法案指示國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所與學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和民間社會(huì)合作，制定評(píng)估人工智能環(huán)境影響的標(biāo)準(zhǔn)，并為人工智能開發(fā)商和運(yùn)營商創(chuàng)建自愿報(bào)告框架。從長遠(yuǎn)來看，要真正解決人工智能對(duì)環(huán)境的影響，需要采取多方面的方法，包括人工智能行業(yè)、研究人員和立法者。在工業(yè)領(lǐng)域，可持續(xù)實(shí)踐勢(shì)在必行，并應(yīng)包括測(cè)量和公開報(bào)告能源和水的使用情況；優(yōu)先發(fā)展節(jié)能硬件、算法和數(shù)據(jù)中心；并僅使用可再生能源。獨(dú)立機(jī)構(gòu)的定期環(huán)境審計(jì)將支持透明度和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的遵守。

責(zé)任編輯：張薇