“大型科技公司在人工智能(AI)時(shí)代的新煩惱：如何找到足夠的電力?”，《華爾街日?qǐng)?bào)》3月27日發(fā)文，對(duì)AI的高耗電特點(diǎn)進(jìn)行了報(bào)道。AI的這一特點(diǎn)近期引發(fā)廣泛關(guān)注，甚至有研究顯示，谷歌AI系統(tǒng)一年需要的電力將與荷蘭一個(gè)國(guó)家一年的用電量相差無(wú)幾。馬斯克等科技大佬紛紛對(duì)AI行業(yè)將面臨的電力短缺發(fā)出警告。有專家提醒，發(fā)展AI需要的不只是足夠的電力，還有與之相配套的基礎(chǔ)設(shè)施。此外，AI高耗電特性帶來(lái)的不只是能源壓力，還有環(huán)境問(wèn)題。好消息是，AI的發(fā)展本身就能幫助實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的突破，也有助于企業(yè)降低溫室氣體排放。
按照目前的增長(zhǎng)速度，一些AI服務(wù)器每年的用電量比一些國(guó)家的用電總量還多
每年3月，都會(huì)有上千的企業(yè)高管聚集在美國(guó)得州休斯敦市，參加能源行業(yè)的一場(chǎng)國(guó)際高端會(huì)議，達(dá)成石油和天然氣交易，并就應(yīng)對(duì)氣候變化的計(jì)劃展開討論。這一高端會(huì)議就是已經(jīng)舉行了42屆的“劍橋能源周”，而今年的會(huì)議有了一個(gè)新主題——人工智能(AI)。
“AI對(duì)電力的巨大需求是不可回避的話題，也是讓人焦慮和興奮并存的原因”，據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》報(bào)道，大多數(shù)人認(rèn)為，推動(dòng)AI發(fā)展所需的數(shù)據(jù)中心將需要大量電力。微軟公司創(chuàng)始人比爾·蓋茨在“劍橋能源周”期間表示，電力是決定數(shù)據(jù)中心能否盈利的關(guān)鍵因素，而AI消耗的電力是驚人的。
比爾·蓋茨并非是唯一一位對(duì)AI高耗電特點(diǎn)表示擔(dān)憂的科技大佬。美國(guó)特斯拉公司首席執(zhí)行官馬斯克認(rèn)為，未來(lái)幾年內(nèi)AI行業(yè)將由“缺硅”變?yōu)?ldquo;缺電”。OpenAI首席執(zhí)行官奧爾特曼在今年的達(dá)沃斯論壇上直言，大家仍然沒有意識(shí)到技術(shù)對(duì)能源的需求，如果在能源方面不能取得突破，就不可能實(shí)現(xiàn)技術(shù)目標(biāo)。美國(guó)芯片制造商英偉達(dá)的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛近期表示，AI的盡頭是光伏和儲(chǔ)能。
AI到底有多耗電呢?美國(guó)Vox新聞網(wǎng)舉例說(shuō)，訓(xùn)練像GPT-3這樣的大型語(yǔ)言模型，需要使用近1300兆瓦時(shí)的電力，相當(dāng)于130個(gè)美國(guó)家庭的年用電量。今年1月，國(guó)際能源署(IEA)發(fā)布了對(duì)未來(lái)兩年全球能源使用的預(yù)測(cè)，報(bào)告首次納入了與數(shù)據(jù)中心、加密貨幣和AI相關(guān)的用電量預(yù)測(cè)。IEA估計(jì)，2022年，這些用電量加在一起幾乎占全球電力需求的2%;到2026年，和這些用途有關(guān)的電力需求可能會(huì)翻一番，大致相當(dāng)于現(xiàn)在整個(gè)日本的用電量，而能源需求增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一就是被稱為生成式AI的機(jī)器學(xué)習(xí)。
據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》等媒體報(bào)道，荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)商業(yè)與經(jīng)濟(jì)學(xué)院研究員德弗里斯去年10月預(yù)測(cè)，根據(jù)英偉達(dá)專門為AI制造的微芯片當(dāng)前和未來(lái)的銷量，AI系統(tǒng)的全球用電量可能會(huì)增加到15吉瓦。到2027年，AI服務(wù)器每年的用電量將在85到134太瓦時(shí)之間。這相當(dāng)于阿根廷或者荷蘭等國(guó)一年的用電量，約占目前全球用電量的0.5%。目前，英偉達(dá)在數(shù)據(jù)中心AI專用芯片市場(chǎng)上占有90%以上的份額，這使其產(chǎn)量成為整個(gè)行業(yè)用電量的代表。
德弗里斯估計(jì)，到2027年，全球數(shù)據(jù)中心所需的電量可能會(huì)增加50%，這主要“歸功于”AI的發(fā)展。不過(guò)，這一數(shù)字可能還是被低估了，因?yàn)槠渲胁]有包括在數(shù)據(jù)中心冷卻AI芯片的用電量。德弗里斯表示，隨著AI處理器變得越來(lái)越強(qiáng)大，讓它們保持在工作范圍內(nèi)變得越來(lái)越困難，而且運(yùn)行它們所需的總電量可能會(huì)增加10%到100%。美國(guó)星座能源公司預(yù)測(cè)，未來(lái)AI對(duì)電力的需求可能是美國(guó)電動(dòng)汽車充電所需總量的5到6倍。
“為什么AI會(huì)消耗這么多電力?”《福布斯》雜志網(wǎng)站援引法國(guó)AI圖片編輯軟件PhotoRoom一名負(fù)責(zé)人的話解釋稱，AI模型耗電多是因?yàn)槟Ｐ陀?xùn)練的數(shù)據(jù)量巨大、模型非常復(fù)雜以及用戶向AI提出的請(qǐng)求量大。在訓(xùn)練過(guò)程中，AI模型根據(jù)大量的示例和數(shù)據(jù)“學(xué)習(xí)”如何回答問(wèn)題。訓(xùn)練一個(gè)AI模型可能需要幾分鐘到幾個(gè)月的時(shí)間，這取決于模型的數(shù)據(jù)量及其復(fù)雜性。在此期間，圖形處理器(GPU)——一種用于處理大量數(shù)據(jù)的電子芯片——每天24小時(shí)運(yùn)行，消耗大量電量。此外，在回答用戶問(wèn)題時(shí)，AI首先需要“理解”問(wèn)題，然后“思考”答案，最后將結(jié)論分享給用戶，每個(gè)過(guò)程都需要GPU的處理能力，也需要消耗電力。
《華爾街日?qǐng)?bào)》等媒體稱，每次用戶與AI系統(tǒng)交互時(shí)，后者都必須重新進(jìn)行計(jì)算，而普通的谷歌搜索結(jié)果副本可以被存儲(chǔ)或緩存，并在其他人進(jìn)行相同搜索時(shí)提供給他們。根據(jù)IEA的數(shù)據(jù)，一次谷歌搜索需要0.3瓦時(shí)的電力，而一次ChatGPT請(qǐng)求需要2.9瓦時(shí)的電力。如果ChatGPT被整合到每天90億次的搜索中，電力需求將每年增加10太瓦時(shí)。北京郵電大學(xué)教授李靜林告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，目前AI主要涉及深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)和大模型開發(fā)等，這需要大量GPU的堆積，而就算是低端入門級(jí)別的4090系列的GPU，其功耗最低已達(dá)到300瓦或400瓦級(jí)別。
變電器短缺+AI末世論敘事
馬斯克認(rèn)為，AI的高速發(fā)展，不僅將導(dǎo)致全球電力供應(yīng)緊張，還可能導(dǎo)致變壓器短缺。他解釋說(shuō)，如果有100千伏—300千伏的電壓從電力網(wǎng)絡(luò)中輸出，它必須一路降壓到6伏，這是一個(gè)很大的降幅。盤古智庫(kù)理事長(zhǎng)易鵬對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者表示，AI耗電占社會(huì)總用電量的比例將飛躍式提升，AI的高耗電會(huì)使發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等電網(wǎng)設(shè)施、設(shè)備持續(xù)短缺。同時(shí)，與電力相關(guān)的能源價(jià)格會(huì)持續(xù)走高，直至更低成本的新技術(shù)出現(xiàn)。
李靜林表示，AI或電子系統(tǒng)的耗電與工業(yè)系統(tǒng)有所不同，工業(yè)系統(tǒng)主要使用交流電，而電腦等使用的是穩(wěn)定的、“干凈的”直流電。但水電和風(fēng)電的缺點(diǎn)在于風(fēng)速和水流速度時(shí)快時(shí)慢，不夠穩(wěn)定，雜波太多，不夠“干凈”，因此如何將不穩(wěn)定的水電清潔能源轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定狀態(tài)，是需要解決的問(wèn)題，這關(guān)系到今后AI的電力供應(yīng)。李靜林認(rèn)為，AI的高耗電會(huì)給相關(guān)企業(yè)甚至國(guó)家?guī)?lái)影響，最終結(jié)果很有可能是較大國(guó)家在競(jìng)爭(zhēng)中勝利，而較小的國(guó)家因?qū)嵙Σ蛔愣艞墶?/p>
“如果將大型語(yǔ)言模型、GPT風(fēng)格的模型整合到搜索引擎中，它的環(huán)境成本將是普通搜索的5倍。”據(jù)美國(guó)廣播公司(ABC)報(bào)道，位于紐約的“AI現(xiàn)在研究所”負(fù)責(zé)人韋斯特這樣說(shuō)。美國(guó)《財(cái)富》雜志網(wǎng)站此前報(bào)道稱，在2023年的《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會(huì)上，出現(xiàn)了一種關(guān)于AI的末世論敘事，其重點(diǎn)就是對(duì)AI迅速增長(zhǎng)的電力需求的擔(dān)憂。
美國(guó)斯坦福大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，自21世紀(jì)首個(gè)十年以來(lái)，AI系統(tǒng)的電力需求增長(zhǎng)了30萬(wàn)倍，其中一些電力來(lái)自化石燃料，全球數(shù)據(jù)中心消耗的電力占全球電力的1%以上，其中1/3來(lái)自煤炭和天然氣。美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究顯示，訓(xùn)練一個(gè)AI模型可能排放超過(guò)284噸的二氧化碳，相當(dāng)于5輛普通美國(guó)汽車的壽命排放量。每年，AI的碳足跡接近全球排放量的1%。不過(guò)，英特爾和通用電氣等公司正在利用AI大幅減少二氧化碳的排放。美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)管理咨詢公司麥肯錫的研究顯示，AI增強(qiáng)的制造業(yè)可以減少10%—20%的溫室氣體排放。
美國(guó)能源部想讓科技公司在園區(qū)內(nèi)建核電站
在認(rèn)識(shí)到AI高耗電的特性后，很多企業(yè)將目光轉(zhuǎn)向核電。CNN等媒體報(bào)道稱，奧爾特曼認(rèn)為，核聚變是解決AI不斷飆升電力需求的答案。他向美國(guó)核聚變初創(chuàng)公司Helion能源投資了3.75億美元。奧爾特曼也是初創(chuàng)公司Oklo的主席，該公司專注于通過(guò)核裂變發(fā)電。
2023年，微軟決定將從2028年開始從Helion能源購(gòu)買電力。同樣在2023年，微軟與美國(guó)星座能源公司簽署了一項(xiàng)協(xié)議，要求后者為微軟位于弗吉尼亞州的數(shù)據(jù)中心增加核能發(fā)電。此前一年，谷歌參與了TAE科技公司2.5億美元的融資。該公司位于美國(guó)加州，致力于開發(fā)中子聚變動(dòng)力。2021年年底，亞馬遜創(chuàng)始人貝索斯和其他投資者為加拿大核公司通用聚變公司籌集了超過(guò)1.3億美元的投資。各大科技公司對(duì)核電企業(yè)的關(guān)注，也導(dǎo)致后者的股價(jià)今年出現(xiàn)大漲。截至3月，美國(guó)星座能源公司的股價(jià)今年已累計(jì)上升60%。
就連美國(guó)政府也將核電作為應(yīng)對(duì)AI高耗電的一項(xiàng)重要措施。據(jù)美國(guó)Axios新聞網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)能源部正在探索如何讓科技公司在其龐大的數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)建立小型核電站。美國(guó)能源部長(zhǎng)格蘭霍姆表示，與微軟、谷歌和亞馬遜等大公司的對(duì)話需要“加快步伐，因?yàn)?它們)對(duì)電力的需求只會(huì)增加”。
不過(guò)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的核聚變研究員阿尼卡·汗表示，通過(guò)核聚變發(fā)電的技術(shù)可能要到本世紀(jì)下半葉才能準(zhǔn)備好。還有專家警告說(shuō)，無(wú)論需求增長(zhǎng)有多快，擴(kuò)大核電的努力都不應(yīng)該急于求成。加拿大卡爾頓大學(xué)機(jī)械和航空航天工程助理教授阿卜杜拉說(shuō):“如果我們向目標(biāo)沖刺，就有可能犯嚴(yán)重錯(cuò)誤。”
對(duì)于AI高耗電的一個(gè)好消息是，AI的耗電主要集中在大模型的訓(xùn)練過(guò)程。如果訓(xùn)練完成，制作到芯片中，電力消耗就會(huì)非常低。李靜林介紹說(shuō)，帶有人臉識(shí)別技術(shù)(需要深度學(xué)習(xí))的攝像頭實(shí)際功耗并不大;汽車自動(dòng)駕駛的圖像識(shí)別技術(shù)已經(jīng)訓(xùn)練得相對(duì)成熟，不需要很高的GPU算力來(lái)進(jìn)行頻繁、快速的推理過(guò)程，只需要進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，能耗已經(jīng)降下來(lái)了。
《財(cái)富》雜志網(wǎng)站也表示，有研究顯示，2010年至2018年間，全球數(shù)據(jù)中心行業(yè)的能源強(qiáng)度每年下降約20%。數(shù)據(jù)中心、芯片和編程方面的效率提升已經(jīng)超過(guò)了能源和電力使用的增長(zhǎng)。
電力行業(yè)要深化能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革
易鵬認(rèn)為，AI發(fā)展過(guò)程中的電力短缺，對(duì)算力規(guī)模分別占全球33%、34%的中美兩國(guó)的挑戰(zhàn)尤為嚴(yán)峻。按照盤古智庫(kù)的預(yù)測(cè)，2035年—2040年間，我國(guó)用于智算中心的電力將遠(yuǎn)超全社會(huì)用電量的10%。
據(jù)美媒報(bào)道，除核電外，一些美國(guó)高科技企業(yè)還將希望放在天然氣發(fā)電上。美國(guó)天然氣巨頭EQT的首席執(zhí)行官萊斯稱，建設(shè)數(shù)據(jù)中心的科技公司正在詢問(wèn)從該公司購(gòu)買天然氣的事宜。
在滿足AI電力需求方面，易鵬認(rèn)為我國(guó)優(yōu)勢(shì)很多，比如發(fā)電量巨大、電力供應(yīng)系統(tǒng)規(guī)模全球最大，產(chǎn)業(yè)鏈完備并在特高壓等領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。此外，我國(guó)已建成全球規(guī)模最大的清潔發(fā)電體系，水電、風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)發(fā)電、在建核電規(guī)模多年位居世界第一。我國(guó)光伏裝機(jī)容量占全球近一半。
不過(guò)，易鵬指出，雖然我國(guó)新能源發(fā)電比例持續(xù)增加，但仍不足以補(bǔ)充供需缺口，電力供需形勢(shì)仍然持續(xù)偏緊。此外，新能源發(fā)電具有“極熱無(wú)風(fēng)、晚峰無(wú)光”的特點(diǎn)，在穩(wěn)定性上難以提供瞬間功率支撐，會(huì)導(dǎo)致高峰時(shí)段電力供應(yīng)緊張。新能源電力比例增高，也使現(xiàn)有電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力面臨挑戰(zhàn)。所以，電力行業(yè)要深化能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，持續(xù)增加新能源裝機(jī)容量，推動(dòng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”模式，充分利用AI技術(shù)在虛擬電廠等電力信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，提升用電效能。
來(lái)源：環(huán)球時(shí)報(bào)記者 陳子帥 本報(bào)特約記者 王曉雄
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