Як штучний інтелект вплине на енергоспоживання: прогнози та реалії

У мальовничому окрузі Калпепер, штат Вірджинія, де на трьох жителів припадає одна корова, запах сіна та гною пронизує повітря. «У нас великі ферми, більшість із яких досі належать сім’ям, і багато лісів», — розповідає Сара Пармелі, одна з 55 тисяч місцевих жителів. «Це дуже чарівна провінційна Америка», — додає вона. Проте цей пасторальний спокій зазнає змін XXI століття. За останні роки округ схвалив будівництво семи великих датацентрів, які підтримуватимуть амбітні плани технологічних компаній у сфері генеративного штучного інтелекту (ШІ). Усередині цих величезних споруд ряди комп’ютерних серверів навчатимуть моделі ШІ, що стоять за чат-ботами на кшталт ChatGPT, і відповідатимуть на мільярди щоденних запитів із усього світу.

Для Вірджинії ці проєкти матимуть значні наслідки. Кожен датацентр, ймовірно, споживатиме стільки електроенергії, скільки десятки тисяч житлових будинків, що може призвести до зростання тарифів для місцевих жителів і перевантаження енергетичної інфраструктури регіону. Сара Пармелі та інші члени громади стурбовані апетитами датацентрів до електрики, особливо враховуючи, що Вірджинія вже відома як світова столиця таких об’єктів. Звіт, підготовлений на замовлення штату та опублікований у грудні 2024 року, показав, що хоча датацентри приносять економічні вигоди, їхнє зростання може подвоїти попит на електроенергію у Вірджинії протягом наступних десяти років. «Звідки братиметься енергія?» — запитує Пармелі, яка відстежує розширення датацентрів у штаті, працюючи в П’ємонтській екологічній раді, некомерційній організації з осередком у Воррентоні. «Усі кажуть: ‘Ми купимо енергію в сусідньому районі’. Але той район планує брати енергію у нас».

Подібні конфлікти через ШІ та енергію назрівають у багатьох куточках світу, де датацентри з’являються рекордними темпами. Великі технологічні компанії роблять ставку на генеративний ШІ, який потребує значно більше енергії порівняно зі старими моделями ШІ, що лише аналізували дані, а не створювали новий текст чи зображення. Це спонукає компанії витрачати сотні мільярдів доларів на нові датацентри та сервери, щоб розширити свої потужності. З глобальної перспективи вплив ШІ на майбутній попит на електроенергію, за прогнозами, залишиться відносно невеликим. Проте датацентри зосереджені в щільних кластерах, що створює значні локальні проблеми. Вони набагато більш сконцентровані в просторі, ніж інші енергоємні об’єкти, такі як сталеливарні заводи чи вугільні шахти. Компанії будують їх поруч, щоб ділити електромережі, системи охолодження та ефективно передавати дані як між собою, так і до користувачів. Вірджинія приваблює такі фірми податковими пільгами, що сприяє ще більшій концентрації. «Якщо у вас є один, то скоро з’являться й інші», — зазначає Пармелі.

Наразі у Вірджинії вже працює 340 датацентрів, а Пармелі зафіксувала 159 пропозицій щодо нових об’єктів або розширення наявних. Згідно зі звітом EPRI, дослідницького інституту з Пало-Альто, Каліфорнія, вони споживають понад чверть електроенергії штату. В Ірландії датацентри, зосереджені переважно на околицях Дубліна, використовують понад 20% електроенергії країни. У щонайменше п’яти штатах США їхнє споживання перевищило 10%. Ситуацію ускладнює брак прозорості від компаній щодо енергетичних потреб їхніх систем ШІ. «Головна проблема в тому, що ми працюємо з дуже обмеженими даними й знаннями про те, що відбувається», — каже Джонатан Кумі, незалежний дослідник із 30-річним досвідом вивчення енергоспоживання обчислень, який керує аналітичною фірмою в Берлінгеймі, Каліфорнія. «Кожен дослідник цієї теми божеволіє, бо ми не отримуємо потрібної інформації», — додає Алекс де Вріс, дослідник Вільного університету Амстердама й засновник Digiconomist, нідерландської компанії, що вивчає непередбачені наслідки цифрових трендів.

За відсутності детальних даних від компаній дослідники оцінюють енергоспоживання ШІ двома способами. У 2023 році де Вріс використав метод аналізу ланцюжка поставок. Він дослідив енергоспоживання одного з серверів NVIDIA, що домінують на ринку генеративного ШІ, і екстраполював це на річний обсяг. Потім він помножив результат на оцінку загальної кількості таких серверів, які постачаються або можуть бути потрібні для певного завдання. Так він підрахував, що впровадження ШІ, подібного до ChatGPT, у кожен пошук Google потребуватиме 400–500 тисяч серверів NVIDIA A100, що складе 23–29 терават-годин (ТВт-год) щороку. За оцінками, Google обробляє до 9 мільярдів запитів щодня, і кожен запит через сервер ШІ потребує 7–9 ват-годин енергії — у 23–30 разів більше, ніж звичайний пошук, за даними Google від 2009 року. Google не прокоментував ці оцінки.

Проте де Вріс визнає, що ці розрахунки — «як хапання за соломинку», адже він спирався на сторонні оцінки, які не міг перевірити. До того ж цифри швидко застаріли: сучасні моделі ШІ досягають точності моделей 2023 року з меншими обчислювальними витратами. Інший підхід — «знизу вгору»: дослідники вимірюють енергоспоживання одного запиту ШІ у конкретному датацентрі. За допомогою програмного пакета CodeCarbon, розробленого Сашею Луччоні з Hugging Face, можна оцінити енергію, спожиту апаратним забезпеченням. Луччоні виявила, що генерація зображення з текстового запиту в середньому потребує 0,5 ват-години, а текст — трохи менше. Для порівняння, зарядка сучасного смартфона вимагає близько 22 ват-годин. Проте великі моделі потребують більше енергії, а фірми не розкривають даних про охолодження чи власні чіпи, як-от TPU від Google.

На глобальному рівні, за оцінками Міжнародного енергетичного агентства (IEA), датацентри у 2022 році споживали 240–340 ТВт-год, або 1–1,3% світового попиту. Зростання ШІ збільшить це, але з огляду на прогнозоване зростання світового споживання електроенергії на 80% до 2050 року через електрифікацію, датацентри залишаться відносно невеликою часткою. Утім, локально їхній вплив величезний. У Вірджинії жителі, як і дослідники, не мають повних даних про споживання датацентрів. Минулого місяця законодавці штату ухвалили закон про прозорість, який чекає на підпис губернатора. Він не вимагає розкриття енергоспоживання, але передбачає звіти про вплив на довкілля.

Енергетична інфраструктура Вірджинії вже відчуває напругу. Деякі датацентри в окрузі Принс-Вільям стикаються із затримками до трьох років через брак потужностей. Щоб задовольнити прогнозований попит, потрібно вдвічі прискорити будівництво сонячних електростанцій і перевищити можливості всіх запланованих вітрових проєктів. Деякі компанії, як-от Microsoft, шукають власні джерела енергії, наприклад, перезапуск ядерного реактора в Пенсильванії. Водночас попит на ШІ може впасти, якщо технологія не виправдає очікувань чи стане нішевою. «Якщо хтось робить упевнені прогнози за величезної невизначеності, хтось точно програє», — попереджає Кумі. У Калпепері ж майбутнє залежить від того, чи працюватимуть усі заплановані датацентри на повну потужність, чи деякі закриються через брак попиту.