Tekoäly tarvitsee niin paljon tehoa, että se ylittää sähköverkkojen suorituskyvyn
Tekoälybuumi on lisännyt teknologiayritysten energiankulutusta ja hiilidioksidipäästöjä, sillä tekoälykyselyt, kuten ChatGPT, vaativat noin 10 kertaa enemmän sähköä kuin perinteiset Google-kyselyt. Tämä energiantarve saattaa kasvaa entisestään kehittyvien tekoälyominaisuuksien, kuten äänen ja videon tuottamisen myötä.
Datakeskusten energiantarpeen kasvu ja lisääntyvä paine sähköverkolle asettavat haasteita, sillä datakeskusten rakentaminen kestää yhdestä kahteen vuotta ja uuden sähkön lisääminen verkkoon kestää yli neljä vuotta. Tämä aiheuttaa kapasiteettihaasteita erityisesti osavaltioissa, joissa datakeskuksia on paljon, kuten Virginiassa.
Parantaakseen energiatehokkuuttaan datakeskukset ovat kehittäneet uusia tekniikoita, kuten ilma-avusteista nestejäähdytystä ja upotusjäähdytystä. Lisäksi joustava laskenta on uusi tapa rakentaa datakeskuksia, mikä tarkoittaa, että laskentatehoa käytetään enemmän silloin, kun sähkö on halvempaa ja vihreämpää.
Tulevaisuudessa voitaisiin harkita lisää reunadatatietokeskuksia, jotka ovat pienempiä ja hajautetumpia, vähentäen paineita sähköverkolle ja parantaen tekoälyn energiankulutuksen kestävyyttä. Analyytikot ennustavat reunapalvelinkeskusten markkinoiden kasvavan merkittävästi seuraavien viiden vuoden aikana.
Tekoälybuumi on vaikuttanut suuriin teknologiayrityksiin niin syvästi, että niiden energiankulutus ja sen myötä hiilidioksidipäästöt ovat kasvaneet .
ChatGPT:n kaltaisten suurten kielimallien mahtava menestys on auttanut lisäämään tätä energian kysynnän kasvua. 2,9 wattituntia ChatGPT-pyyntöä kohden AI-kyselyt vaativat noin 10 kertaa enemmän sähköä kuin perinteiset Google-kyselyt , kertoo Electric Power Research Institute, voittoa tavoittelematon tutkimusyritys. Kehittyvät tekoälyominaisuudet, kuten äänen ja videon tuottaminen, todennäköisesti lisäävät tätä energian tarvetta.
Tekoälyn energiatarpeet muuttavat energiayhtiöiden laskentaa. He tutkivat nyt aiemmin kestämättömiä vaihtoehtoja, kuten ydinreaktorin käynnistämistä uudelleen Three Mile Islandin voimalaitoksessa, joka on ollut lepotilassa vuoden 1979 surullisen katastrofin jälkeen.
Palvelinkeskuksissa on ollut jatkuvaa kasvua vuosikymmeniä, mutta kasvun voimakkuus vielä nuorena suurten kielimallien aikakaudella on ollut poikkeuksellista. Tekoäly vaatii paljon enemmän laskenta- ja tiedontallennusresursseja kuin ennen tekoälyä palvelinkeskusten kasvuvauhti pystyi tarjoamaan.
AI ja verkko
Tekoälyn ansiosta sähköverkkoon – monin paikoin jo lähellä kapasiteettiaan tai vakaushaasteisiin alttiin – kohdistuu aiempaa enemmän painetta. Myös laskennan kasvun ja verkon kasvun välillä on huomattava viive. Palvelinkeskusten rakentaminen kestää yhdestä kahteen vuotta, kun taas uuden sähkön lisääminen verkkoon kestää yli neljä vuotta .
Kuten Electric Power Research Instituten tuoreessa raportissa todetaan, vain 15 osavaltiossa on 80 prosenttia Yhdysvaltojen datakeskuksista . Joissakin osavaltioissa – kuten Virginiassa, jossa sijaitsee Data Center Alley – datakeskukset kuluttavat hämmästyttävän paljon sähköstä yli 25 prosenttia. Samanlaisia trendejä klusteroitujen palvelinkeskusten kasvussa on muualla maailmassa. Esimerkiksi Irlannista on tullut datakeskusvaltio .
Sen lisäksi, että tämän kasvun ylläpitämiseksi on lisättävä sähköntuotantoa, lähes kaikilla mailla on hiilidioksidipäästöjen vähentämistavoitteita. Tämä tarkoittaa, että he pyrkivät integroimaan verkkoon enemmän uusiutuvia energialähteitä . Uusiutuvat energialähteet, kuten tuuli ja aurinko, ovat satunnaisia: tuuli ei aina puhalla eikä aurinko aina paista. Halvan, vihreän ja skaalautuvan energian varastoinnin puute tarkoittaa , että verkko kohtaa vielä suuremman ongelman kysynnän ja tarjonnan yhteensovittamisessa.
Muita haasteita palvelinkeskusten kasvulle ovat vesijäähdytyksen käytön lisääntyminen tehokkuuden lisäämiseksi , mikä rasittaa rajallisia makean veden lähteitä. Tämän seurauksena jotkut yhteisöt vastustavat uusia datakeskusinvestointeja.
Parempaa tekniikkaa
Toimialalla on useita tapoja käsitellä tätä energiakriisiä. Ensinnäkin laskentalaitteistot ovat tulleet huomattavasti energiatehokkaammiksi vuosien mittaan kulutettua wattia kohden suoritettujen toimintojen osalta. Palvelinkeskusten virrankulutus, mittari, joka näyttää virrankulutuksen suhteen laskemiseen verrattuna jäähdytykseen ja muuhun infrastruktuuriin, on laskenut keskimäärin 1,5:een ja edistyneissä tiloissa jopa vaikuttavaan 1,2:een. Uusissa konesaleissa on tehokkaampi jäähdytys käyttämällä vesijäähdytystä ja ulkoista viileää ilmaa, kun se on saatavilla.
Valitettavasti tehokkuus ei yksin ratkaise kestävyysongelmaa. Itse asiassa Jevonsin paradoksi osoittaa, kuinka tehokkuus voi johtaa energiankulutuksen kasvuun pitkällä aikavälillä. Lisäksi laitteiston tehokkuuden lisäykset ovat hidastuneet huomattavasti , kun teollisuus on törmännyt siruteknologian skaalauksen rajoihin.
Tehokkuuden parantamiseksi tutkijat suunnittelevat erikoislaitteita, kuten kiihdyttimiä , uusia integraatiotekniikoita, kuten 3D-siruja , ja uusia sirujen jäähdytystekniikoita .
Vastaavasti tutkijat tutkivat ja kehittävät yhä enemmän datakeskusten jäähdytysteknologioita . Electric Power Research Instituten raportti tukee uusia jäähdytysmenetelmiä , kuten ilma-avusteista nestejäähdytystä ja uppojäähdytystä. Nestejäähdytys on jo päässyt palvelinkeskuksiin, mutta vain muutama uusi palvelinkeskus on ottanut käyttöön vielä kehitteillä olevan upotusjäähdytyksen.
Joustava tulevaisuus
Uusi tapa rakentaa tekoälyn palvelinkeskuksia on joustava laskenta, jossa keskeinen ajatus on laskea enemmän, kun sähkö on halvempaa, saatavilla olevampaa ja vihreämpää, ja vähemmän, kun se on kalliimpaa, niukempaa ja saastuttavampaa.
Konesalioperaattorit voivat muuttaa tilat joustavaksi kuormitukseksi verkkoon. Akateeminen maailma ja teollisuus ovat tarjonneet varhaisia esimerkkejä datakeskusten kysyntään reagoimisesta, jossa palvelinkeskukset säätelevät tehoaan sähköverkkotarpeiden mukaan. He voivat esimerkiksi ajoittaa tiettyjä laskentatehtäviä ruuhka-aikojen ulkopuolella.
Laajemman ja suuremman mittakaavan joustavuuden toteuttaminen virrankulutuksessa vaatii innovaatioita laitteistojen, ohjelmistojen ja grid-tietokeskusten koordinoinnissa. Erityisesti tekoälyssä on paljon tilaa kehittää uusia strategioita datakeskusten laskentakuormituksen ja siten energiankulutuksen säätämiseksi . Esimerkiksi palvelinkeskukset voivat pienentää tarkkuutta vähentääkseen työtaakkaa AI-malleja opetettaessa.
Tämän vision toteuttaminen vaatii parempaa mallintamista ja ennustamista. Palvelinkeskukset voivat yrittää ymmärtää ja ennustaa paremmin kuormitustaan ja olosuhteitaan. On myös tärkeää ennustaa verkon kuormitusta ja kasvua.
Sähkövoiman tutkimuslaitoksen kuormitusennustehanke sisältää toimintaa, joka auttaa verkon suunnittelua ja toimintaa. Kattava seuranta ja älykäs analytiikka – mahdollisesti tekoälyyn tukeutuva – sekä datakeskuksissa että ruudukossa ovat välttämättömiä tarkan ennustamisen kannalta.
Reunalla
Yhdysvallat on kriittisessä vaiheessa tekoälyn räjähdysmäisen kasvun kanssa. On äärimmäisen vaikeaa integroida satojen megawattien sähkön kysyntää jo ennestään jännittyneisiin verkkoihin. Saattaa olla aika miettiä uudelleen, miten ala rakentaa datakeskuksia.
Eräs mahdollisuus on rakentaa kestävästi lisää reunatietokeskuksia – pienempiä, laajalti hajautettuja tiloja – tietojenkäsittelyn tuomiseksi paikallisiin yhteisöihin. Edge-palvelinkeskukset voivat myös luotettavasti lisätä laskentatehoa tiheälle kaupunkialueelle rasittamatta verkkoa entisestään. Vaikka nämä pienemmät keskukset muodostavat tällä hetkellä 10 prosenttia Yhdysvaltojen palvelinkeskuksista, analyytikot ennustavat pienempien reunapalvelinkeskusten markkinoiden kasvavan yli 20 prosenttia seuraavien viiden vuoden aikana .
Sen lisäksi, että palvelinkeskukset muunnetaan joustaviksi ja hallittaviksi kuormituksiksi, innovointi reunojen datakeskustilassa voi tehdä tekoälyn energiatarpeesta paljon kestävämpiä.