新知｜AI很快會比人聰明？制約它“進化”的竟然是水和電
大眾日報2024-04-27 12:15
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主筆、視頻制作：于梅君
生成式AI，聽起來挺酷，但你知道嗎？它可是地地道道的“吃電巨獸”：現(xiàn)在爆火的ChatGPT，每日耗電量高達50萬度！隨著人工智能的發(fā)展，其用電量急速上升問題，正引發(fā)全球警惕，以后會發(fā)生“電荒”嗎？能耗問題會不會成為AI發(fā)展的“絆腳石”？
日耗電50萬度！GPT成“吃電狂魔”
由美國OpenAI公司最新推出的視頻生成工具Sora，自發(fā)布以來，便成為人工智能界最火爆的“網(wǎng)紅”。該公司上一個全網(wǎng)刷屏的產(chǎn)品——ChatGPT，在推出僅兩個月后，就達到1億月活躍用戶數(shù)。
不過，蓬勃發(fā)展的AI背后，是算力；而算力背后則是能耗。人工智能飛速發(fā)展的背后，其能源消耗問題日益凸顯，成為全球關(guān)注的焦點。
據(jù)報道，全球數(shù)據(jù)中心的耗電量，已從十年前的100億瓦增加到如今的1000億瓦水平。ChatGPT聊天機器人每天耗電超過50萬度，用于處理約2億個用戶請求，相當(dāng)于美國家庭每天用電量的1.7萬多倍。據(jù)OpenAI公司稱，他們在ChatGPT上，每天花費高達70萬美元。
近日，特斯拉創(chuàng)始人馬斯克公開表示，未來兩年，人工智能行業(yè)將由“缺硅”變?yōu)?ldquo;缺電”。據(jù)國際能源署稱，全球數(shù)據(jù)中心目前約占用電量的1%至1.5%。到2025年，在全球數(shù)據(jù)中心用電量中，人工智能業(yè)務(wù)的占比，將從2%增至10%。
以谷歌為例，其用于人工智能訓(xùn)練的能量消耗，占總用電量的10%至15%，每年約23億度電，相當(dāng)于美國一個州首府所有家庭一年的用電量。即使在訓(xùn)練完成后，這些人工智能仍需大量計算能力運行，并耗費大量能源。
若谷歌在每次搜索中，都使用AIGC（生成式人工智能技術(shù)），其年耗電量將增至約290億度。
最新研究表明，到2027年，生成式人工智能所消耗的能源，可滿足荷蘭這樣一個國家一年的需求，即約85-134太瓦時（TWh）。
一次訓(xùn)練用電2.4億度，AI為啥那么耗電？
僅僅是GPT-4的GPU，一次訓(xùn)練就會用去2.4億度電。AI為什么那么耗電？它們用掉的電都跑到哪里去了？
我們現(xiàn)在所說的人工智能（AI），主要是指生成式人工智能。它們需要大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心來訓(xùn)練和推理。
這些數(shù)據(jù)中心由大量服務(wù)器組成，服務(wù)器消耗的電能，絕大部分轉(zhuǎn)化成熱能，最后通過水冷系統(tǒng)釋放出來�？梢哉f，AI的物理硬件，是個巨大的“電熱水器”。
據(jù)統(tǒng)計，全球數(shù)據(jù)中心的能耗，約占全球總電力消耗的1%左右，預(yù)計這一比例，還會隨著數(shù)據(jù)量的增長而增加。
能量無法創(chuàng)造也無法消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。對計算機來說，最主要的能量轉(zhuǎn)化方式，就是從電能轉(zhuǎn)化成熱能。
大語言模型也是如此。它對電能和冷卻水的需求，正造成越來越嚴(yán)重的環(huán)境問題。波士頓咨詢集團曾發(fā)布報告稱，到2030年底，僅美國數(shù)據(jù)中心的用電量，就將是2022年的三倍。
在OpenAI訓(xùn)練大語言模型GPT-4時，完成一次訓(xùn)練需要約三個月時間，使用大約25000塊英偉達A100 GPU。僅僅是這些 GPU（圖形處理器），一次訓(xùn)練就要用2.4億度電。這些電能幾乎全部轉(zhuǎn)化成了熱能，可以將大約200萬立方米冰水——大概是1000個奧運會標(biāo)準(zhǔn)游泳池的水量——加熱到沸騰。
全球人工智能的蓬勃發(fā)展，可能會導(dǎo)致這一數(shù)字大幅上升。與此同時，大量的碳排放和數(shù)百萬加侖淡水的消耗也不容小覷。
回答50個問題，得“喝”500毫升水
生成式AI，除了“吃電，還得喝水”——用水量也是個驚人數(shù)字。因為要訓(xùn)練這些AI，就得有強大的算力中心，而算力中心要運轉(zhuǎn)，就得有散熱系統(tǒng)，這都得用到水。
全球科技巨頭，都在建設(shè)新的數(shù)據(jù)中心，爭的就是誰的算力更強，結(jié)果就是對水資源的需求越來越大。
研究顯示，訓(xùn)練GPT-3所需的水量，能夠填滿一個核反應(yīng)堆的冷卻塔。ChatGPT（在GPT-3推出之后）每與用戶交流25到50個問題，就得“喝下”一瓶500毫升的水來降溫。
谷歌發(fā)布的2023年環(huán)境報告顯示，公司前一年的用水量同比增加20%，達到56億加侖，其中絕大部分用于為數(shù)據(jù)中心散熱。除了谷歌，另一個巨頭Meta在美國亞利桑那州建了數(shù)據(jù)中心，僅2022年用水量就超過260萬立方米。
正在大力開發(fā)人工智能的微軟，也在最新的環(huán)境報告中透露，2022年公司用水量同比前一年激增34%，達到640萬立方米，比2500個奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)游泳池的水量還多。
除了運營過程耗水，制造人工智能所需芯片的過程中，也會消耗大量能源和水資源。比如，硅片工藝需要“超純水”清洗，生產(chǎn)一個2克重的計算機芯片，大約需要32公斤水。制造8寸晶圓，每小時耗水約250噸，12英寸晶圓則可達500噸。
科學(xué)家預(yù)計，到2027年，全球人工智能可能需要4.2億—66億立方米的清潔淡水量，這比4-6個丹麥或一半英國的年取水總量還要多。
耗水問題已成為制約數(shù)據(jù)中心快速發(fā)展的因素之一。為節(jié)約寶貴的自來水資源，很多企業(yè)嘗試用各種方法為數(shù)據(jù)中心散熱，例如，微軟曾嘗試部署海下數(shù)據(jù)中心，F(xiàn)acebook數(shù)據(jù)中心選址北極圈附近，阿里云千島湖數(shù)據(jù)中心使用深層湖水制冷。
不過，上述方法總是會帶來新的問題，目前國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的用水，主要還是用自來水，近幾年政府更鼓勵數(shù)據(jù)中心企業(yè)利用中水（循環(huán)再利用的水）。
面對“能耗巨獸”，我們?nèi)绾螒?yīng)對
隨著AI的進步、模型的增大，如何解決伴生的高耗能問題？專家表示，當(dāng)下的重點在于開源，風(fēng)能、光伏等可再生新能源，被視為數(shù)據(jù)中心重要的能量池，核能尤其被寄予厚望。
在2023年的達沃斯世界經(jīng)濟論壇上，OpenAI的CEO山姆·阿爾特曼認為，核聚變可能是能源的發(fā)展方向，但要開發(fā)出真正可用的核聚變技術(shù)，可能還需要一些時間。
據(jù)國際能源署的報告，到2050年，可再生能源預(yù)計將滿足全球近90%的電力需求增長。
節(jié)流方面，可以通過優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的設(shè)計和管理，提高電源使用效率。國內(nèi)大廠也紛紛給出解決方案。比如騰訊能源業(yè)務(wù)已獨立成為一級部門，其數(shù)據(jù)中心部門還組建了專門的綠色能源團隊，應(yīng)用自然冷卻、液冷、余熱回收等新興節(jié)能技術(shù)，提高制冷效率，以降低數(shù)據(jù)中心能耗。華為、京東、亞馬遜等也紛紛入局智慧能源領(lǐng)域。
如何讓散失的熱能不至于白白浪費？最容易實現(xiàn)的，是熱回收技術(shù)。將數(shù)據(jù)中心回收的熱量，用于提供民用熱水，冬季則提供民用采暖�，F(xiàn)在有些企業(yè)已著手于回收廢熱再利用，比如阿里巴巴千島湖數(shù)據(jù)中心等。
此外，通過優(yōu)化算法來減少計算冗余，使用更高效的芯片，以及采用節(jié)能的數(shù)據(jù)中心設(shè)計，都是降低能耗的有效方法。
政府也在出臺相關(guān)政策，鼓勵企業(yè)研發(fā)更為節(jié)能環(huán)保的AI技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施。早在2021年，我國就已出臺公共機構(gòu)碳達峰方案，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心，必須全部達到綠色數(shù)據(jù)中心要求。
北京印發(fā)的《關(guān)于進一步加強數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查的若干規(guī)定》，也新增了關(guān)于引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心充分利用再生水的內(nèi)容。
知多一點
“AI很快就要比人更聰明”，靠譜嗎？
美國知名企業(yè)家馬斯克近日在社交媒體上表示，到明年年底或2026年，新的人工智能模型可能將超越人類智力，“比最聰明的人還聰明”。這比他去年預(yù)測的2029年這一時間點提前不少。馬斯克說，去年，人工智能發(fā)展的主要制約因素是缺少高性能芯片，如今這一限制正在得到緩解，而電力供應(yīng)成了新的限制。未來一兩年，人工智能發(fā)展的關(guān)鍵就在于電力供應(yīng)。馬斯克去年成立人工智能初創(chuàng)公司xAI，該公司去年11月推出首款人工智能模型Grok。馬斯克說，二代模型Grok 2的訓(xùn)練，需要大約2萬個英偉達圖形處理器（GPU）計算芯片H100，而三代模型對這款芯片的需求將超過10萬個。馬斯克透露，Grok 2的訓(xùn)練將于今年5月完成。“AI將比最聰明的人還聰明”，馬斯克的這一預(yù)測靠譜嗎？清華大學(xué)戰(zhàn)略與安全研究中心特約專家朱榮生表示，人腦消耗功率遠低于人工智能運行時所損耗功率，人工智能要達到人類智能水平尚存差距。但從長遠看，人工智能在算法、數(shù)據(jù)不斷“加持”下，或最終超越人類智能，而達到這一目標(biāo)所需的硬件和軟件，分別為芯片和算法。過去18個月來，包括視頻生成工具和聊天機器人在內(nèi)的人工智能突破，已大大加速了人工智能發(fā)展。
朱榮生表示，人工智能的發(fā)展，首先需要政策、資源與技術(shù)支持，許多領(lǐng)域的人工智能“培育”都缺乏相關(guān)支持；其次需要國家之間開展合作，但目前許多國際合作受制于地緣政治等多種因素，人工智能的發(fā)展受到遏制；第三，人工智能發(fā)展受制于文化特性，比如ChatGPT所給出的答案就更符合英文語境，這樣一來，以單一國家力量發(fā)展人工智能，可能增加全球人工智能發(fā)展的不平衡，也就是數(shù)據(jù)鴻溝。上述問題的解決，需要將資金與市場精準(zhǔn)銜接，并廣泛開展國際合作。人工智能降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率，但運用人工智能，造成的問題和風(fēng)險卻不少。英國《自然》周刊2023年對科學(xué)工作者開展的一項調(diào)查顯示，30%的受訪者承認，使用人工智能工具幫助寫稿。許多專業(yè)期刊中充斥著人工智能工具生成的“胡言亂語”，許多文章使用人工智能的痕跡明顯。朱榮生認為，人工智能引發(fā)的社會問題蔓延較快、范圍較廣，這一技術(shù)不斷加劇涉及版權(quán)法、著作權(quán)、隱私權(quán)等法律問題的復(fù)雜程度，因此適用于新技術(shù)的道德邊界和法律規(guī)范呼之欲出。
