AI是“吃電狂魔”？將面臨“缺電”？中國(guó)這個(gè)解法值得關(guān)注

金錢河南山牧童 2024-04-15 發(fā)布于陜西

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“下一個(gè)短缺的將是電力。”

不久前，圍繞人工智能（AI）發(fā)展，特斯拉首席執(zhí)行官馬斯克發(fā)出這樣的預(yù)警。

他表示，人工智能計(jì)算的約束條件是可預(yù)測(cè)的，“我在一年多前就預(yù)測(cè)過(guò)芯片短缺，下一個(gè)短缺的將是電力。我認(rèn)為明年將沒有足夠的電力來(lái)運(yùn)行所有的芯片。”

此外，OpenAI首席執(zhí)行官山姆·奧特曼也表示，人工智能將消耗比人們預(yù)期更多的電力，未來(lái)的發(fā)展需要能源突破。

在人工智能飛速發(fā)展的背后，能源消耗問(wèn)題也日益凸顯，成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。甚至有人提出，“AI的盡頭是算力，而算力的盡頭是電力”。

那么，人工智能到底有多耗電？人工智能發(fā)展“缺電”了嗎？面對(duì)能耗問(wèn)題，我國(guó)又拿出了怎樣的應(yīng)對(duì)方案？

01

AI有多耗電？

當(dāng)下人工智能大模型的競(jìng)爭(zhēng)，頗像一場(chǎng)“算力軍備競(jìng)賽”。在規(guī)模效應(yīng)（Scaling Law）的驅(qū)動(dòng)下，各公司通過(guò)不斷增加模型參數(shù)和數(shù)據(jù)量，期待實(shí)現(xiàn)“大力出奇跡”，相應(yīng)地，算力需求也成倍增加。

所謂算力，簡(jiǎn)單來(lái)理解，就是對(duì)數(shù)據(jù)或信息的處理能力。

算力是抽象的，它的載體卻實(shí)在可見，就是以數(shù)據(jù)中心、智算中心為代表的算力基礎(chǔ)設(shè)施。算力的背后，是電力在支撐。

你可以在腦海中想象這樣一幅畫面——在數(shù)據(jù)中心或智算中心，成千上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器和芯片整齊列陣、晝夜不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。

△資料圖

當(dāng)下訓(xùn)練AI大模型使用的主流算力芯片英偉達(dá)H100芯片，一張最大功耗為700瓦，這意味著運(yùn)行一小時(shí)就要耗電0.7度。而此前有消息稱，OpenAI訓(xùn)練GPT-5，需要數(shù)萬(wàn)張H100芯片。

通過(guò)晝夜不息的數(shù)據(jù)中心，大家會(huì)對(duì)AI耗電有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，而數(shù)據(jù)則更加直觀。

以GPT-3的訓(xùn)練為例，GPT-3有1750億個(gè)參數(shù)，據(jù)估計(jì)，訓(xùn)練過(guò)程使用了大約1287兆瓦時(shí)（也就是128.7萬(wàn)度）的電力。

該如何理解這個(gè)耗電量？這相當(dāng)于美國(guó)約121個(gè)家庭一整年的用電量。也曾有專家打了這么一個(gè)比方，大概相當(dāng)于3000輛特斯拉電動(dòng)汽車共同開跑，每輛車跑20萬(wàn)英里。

GPT-3是在2020年發(fā)布的，很多人也許會(huì)問(wèn)，更新的模型能耗如何呢？因?yàn)榻陙?lái)不少AI科技公司不再公布訓(xùn)練細(xì)節(jié)，比如用了什么硬件、耗時(shí)多久，這使得能耗計(jì)算變得困難。

但GPT-3的能耗可以作為一個(gè)參考，GPT-3模型參數(shù)為1750億，而GPT-4曾被曝包含1.8萬(wàn)億參數(shù)，隨著參數(shù)的翻倍，能耗也會(huì)大幅增加。

而以上的能耗還只限于訓(xùn)練階段，完成訓(xùn)練后，AI將迎來(lái)新的耗電階段——推理，也即人們使用AI輸出結(jié)果的過(guò)程。

AI的訓(xùn)練是一次性事件，而使用卻是長(zhǎng)期過(guò)程，隨著應(yīng)用的普及、使用人數(shù)的增加，耗電量將不斷疊加。

國(guó)際能源署（IEA）在今年1月的一份報(bào)告中曾表示，ChatGPT響應(yīng)一個(gè)請(qǐng)求平均耗電2.9瓦時(shí)——相當(dāng)于將一個(gè)60瓦的燈泡點(diǎn)亮略少于三分鐘。

另外，據(jù)美媒報(bào)道，ChatGPT每天響應(yīng)約2億個(gè)需求，消耗超過(guò)50萬(wàn)度電力，相當(dāng)于1.7萬(wàn)個(gè)美國(guó)家庭平均一天的用電量。

讓我們做一道簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)題，GPT-3訓(xùn)練耗電約128萬(wàn)度，ChatGPT每天為響應(yīng)需求耗電50萬(wàn)度，GPT-3在訓(xùn)練階段消耗的電量，甚至無(wú)法支撐ChatGPT運(yùn)行3天。

天長(zhǎng)日久，耗電量可謂相當(dāng)可觀。

02

AI“缺電”了嗎？

各種數(shù)據(jù)似乎都在說(shuō)明，AI是一只“耗電巨獸”，那么下一個(gè)問(wèn)題就是，它的胃口還能被滿足嗎？AI發(fā)展“缺電”了嗎？

來(lái)讓數(shù)據(jù)說(shuō)話。

根據(jù)公開資料，2023年，美國(guó)全口徑凈發(fā)電量為41781.71億千瓦時(shí)（1千瓦時(shí)=1度），以ChatGPT每天耗電50萬(wàn)度計(jì)算，按一年365天，耗電量約為18250萬(wàn)度，這也只占全美發(fā)電量的約0.0044%。

△資料圖

AI當(dāng)然不只ChatGPT，但它的耗能數(shù)據(jù)可以作為一個(gè)切口。可以看出，盡管隨著AI算力的迅猛增長(zhǎng)，電力需求也持續(xù)增長(zhǎng)，但目前其在整體電力消耗中所占比例較小。

既然如此，科技大佬們頻頻呼吁關(guān)注AI能耗問(wèn)題，是在“販賣焦慮”嗎？其實(shí)不然。

波士頓咨詢集團(tuán)曾發(fā)布報(bào)告稱，到2030年底，僅美國(guó)數(shù)據(jù)中心的用電量預(yù)計(jì)就將是2022年的三倍，而這一增幅主要來(lái)自AI模型訓(xùn)練和更高頻的AI查詢。

“AI發(fā)展'缺電’并不是現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)的問(wèn)題，而是未來(lái)可能面臨的問(wèn)題。”

中國(guó)現(xiàn)代國(guó)際關(guān)系研究院國(guó)際安全所所長(zhǎng)劉沖作出這樣的判斷。

他表示，目前AI發(fā)展的路線是不斷增加模型參數(shù)、疊加芯片，如果繼續(xù)按照這個(gè)路線發(fā)展，將來(lái)消耗的電力將更多，從這個(gè)角度來(lái)講，未來(lái)AI的能耗問(wèn)題可能會(huì)越來(lái)越突出，尤其是對(duì)于電力供應(yīng)本身比較緊張的國(guó)家。但就目前而言，能源還沒有成為限制AI發(fā)展的因素。

工信部信息通信經(jīng)濟(jì)專家委員會(huì)委員劉興亮也表示，科技大佬預(yù)言AI“缺電”，可能是想讓大家重視起這個(gè)問(wèn)題，這只說(shuō)明，AI確實(shí)耗電，電力成本也確實(shí)很高，但是目前能源問(wèn)題還沒有到影響AI 發(fā)展的程度。

劉興亮同意未來(lái)可能面臨的隱憂，如果繼續(xù)無(wú)節(jié)制地?cái)U(kuò)大參數(shù)規(guī)模，并且伴隨著用戶越來(lái)越多，而能耗技術(shù)沒有進(jìn)步，耗電將很快成為一個(gè)問(wèn)題。但與此同時(shí)，他也作出了比較樂(lè)觀的展望，認(rèn)為可以通過(guò)技術(shù)進(jìn)步降低能耗。

可以說(shuō)，AI缺電是一個(gè)未來(lái)可能面臨的問(wèn)題，而在這個(gè)問(wèn)題真正到來(lái)前，一系列解決思路就已經(jīng)在路上。

在需求方面，AI模型的優(yōu)化，芯片效率和算法效率的提升，數(shù)據(jù)中心軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，都有望減少AI的能耗。

回望過(guò)去或許可以幫助我們思考未來(lái)。

一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)》期刊的研究指出，在2010年至2018年間，全球數(shù)據(jù)中心的運(yùn)算量增長(zhǎng)了550%，存儲(chǔ)空間增長(zhǎng)了2400%，但耗電量?jī)H增長(zhǎng)6%。

而在供應(yīng)方面，電力問(wèn)題涉及能源、基建、政策、技術(shù)等多個(gè)方面，難以通過(guò)簡(jiǎn)單的“有”或“沒有”、“充足”或“不充足”來(lái)一言以蔽之。更多樣化的能源組合、電力技術(shù)革新、國(guó)家調(diào)控等都將有助于應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題。

比如，國(guó)際能源署（IEA）對(duì)清潔能源能起到的作用就相當(dāng)樂(lè)觀，其在一份報(bào)告中指出，預(yù)計(jì)到2026年底，包括可再生能源和核能在內(nèi)的低碳能源將占全球發(fā)電量的46%，并可滿足所有額外需求增長(zhǎng)，其中就包括用電需求將翻番的人工智能。

總而言之，盡管短期內(nèi)還不會(huì)出現(xiàn)AI缺電的問(wèn)題，但相關(guān)的討論確實(shí)給大力發(fā)展AI的世界提了個(gè)醒——隨著AI大模型規(guī)模和數(shù)量的高速增長(zhǎng)，未來(lái)可能面臨的能源需求激增不容忽視。

03

AI耗電的中國(guó)解法之一

目前，我國(guó)算力總規(guī)模已經(jīng)位居全球第二。

據(jù)我國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)算，目前，全國(guó)數(shù)據(jù)中心總耗電量占全社會(huì)的2%，電力成本占數(shù)據(jù)中心總運(yùn)營(yíng)成本的50%。

中國(guó)信息通信研究院數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2030年，數(shù)據(jù)中心能耗總量將達(dá)3800億千瓦時(shí)左右。

AI耗電，也是我國(guó)需要應(yīng)對(duì)的問(wèn)題。

我國(guó)在電力方面具有優(yōu)勢(shì)，已建成全球規(guī)模最大的電力供應(yīng)系統(tǒng)和清潔發(fā)電體系，其中，水電、風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)發(fā)電和在建核電規(guī)模多年位居世界第一。

值得一提的是，在提升具體的AI和電力相關(guān)技術(shù)外，我國(guó)在宏觀層面的一個(gè)“解題思路”，也值得關(guān)注。

讓我們從最近舉行的一場(chǎng)青海推介會(huì)說(shuō)起，推介會(huì)的主題是綠色算力產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

我們知道，青海有著豐富的綠色電力資源，包括光電、風(fēng)電、水電等。

截至2023年底，青海省清潔能源裝機(jī)超過(guò)5100萬(wàn)千瓦，占比92.8%，發(fā)電量占比超84.5%。

△青海省海南州千萬(wàn)千瓦級(jí)生態(tài)光伏發(fā)電園區(qū)

但豐富的綠電面臨“用不完又送不出”的問(wèn)題——綠電的不穩(wěn)定性導(dǎo)致很多無(wú)法送出，只能在本地消耗，但本地又用不完。

AI算力需要消耗大量電力，青海的綠電又用不完，如果把數(shù)據(jù)中心搬到青海，將“綠電”變?yōu)椤熬G算”，將綠色“瓦特”變?yōu)榫G色“比特”，豈不是雙向奔赴？

在中國(guó)電信（國(guó)家）數(shù)字青海綠色大數(shù)據(jù)中心，通過(guò)風(fēng)光水等清潔能源的互補(bǔ)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心的100%清潔能源供應(yīng)。

而且，數(shù)據(jù)中心建到青海，不僅能解決電力問(wèn)題，還能大大降低散熱能耗。青海氣候干燥、冷涼，數(shù)據(jù)中心可實(shí)現(xiàn)全年314天自然冷卻，制冷用電比全國(guó)平均水平低40%左右。

這樣得天獨(dú)厚的條件，青海當(dāng)然要自信推介。

在這方面，還有一位先行者，就是同樣具有電力和氣候優(yōu)勢(shì)的貴州。

作為全球超大型數(shù)據(jù)中心集聚最多的地區(qū)之一，貴州正在人工智能的賽道上邁開步伐奔跑。

國(guó)家級(jí)人工智能訓(xùn)練場(chǎng)落戶貴州貴陽(yáng)；貴州省與深圳市簽訂算力協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略合作協(xié)議；華為云計(jì)算與貴安新區(qū)合作打造全球領(lǐng)先的智算中心；華為云盤古、訊飛星火兩個(gè)基礎(chǔ)大模型啟動(dòng)在貴州產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目；貴州與浙江聯(lián)合打造文旅宣傳虛擬數(shù)字人“杭小憶”……

去年，貴州部署智算芯片達(dá)8萬(wàn)張，總算力規(guī)模增長(zhǎng)28.8倍。貴州的目標(biāo)是，面向東部模型訓(xùn)練，提供低成本、高品質(zhì)、易使用的算力服務(wù)。

在貴州和青海綠色算力產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后，是一個(gè)更為浩大的工程——“東數(shù)西算”工程。

“東數(shù)西算”工程的基本邏輯是——

受土地、水電、運(yùn)維等要素影響，東部地區(qū)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本較高。

而在廣大西部地區(qū)，可再生能源、清潔能源、土地資源相對(duì)豐富，優(yōu)越的氣候條件還能降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)行能耗、減少碳排放。

因此，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心向西部資源豐富地區(qū)聚集，既能推動(dòng)西部地區(qū)數(shù)據(jù)中心低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展，又能滿足東部地區(qū)的算力需求。

早在2021年5月，相關(guān)部門就明確提出實(shí)施“東數(shù)西算”工程。

2022年2月，國(guó)家發(fā)展改革委等部門聯(lián)合印發(fā)通知，同意在內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動(dòng)建設(shè)國(guó)家算力樞紐節(jié)點(diǎn)，并規(guī)劃了10個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)中心集群。“東數(shù)西算”工程正式全面啟動(dòng)。

2023年12月，《深入實(shí)施“東數(shù)西算”工程加快構(gòu)建全國(guó)一體化算力網(wǎng)的實(shí)施意見》發(fā)布，首次提出“算力電力協(xié)同”。

什么是“算力電力協(xié)同”？

一方面，數(shù)據(jù)中心的高效運(yùn)轉(zhuǎn)離不開大量電力支撐；另一方面，電力系統(tǒng)的平穩(wěn)高效運(yùn)行也離不開算力支撐。統(tǒng)籌算力電力協(xié)同布局，有助于促進(jìn)風(fēng)光綠電消納和數(shù)據(jù)中心零碳發(fā)展。

我們當(dāng)然要看到，客觀上，由于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等限制存在，并非所有算力服務(wù)場(chǎng)景都適用“東數(shù)西算”。比如自動(dòng)駕駛、證券交易等低時(shí)延業(yè)務(wù)場(chǎng)景就需要就近計(jì)算。

然而，人工智能模型訓(xùn)練推理這樣高時(shí)延業(yè)務(wù)場(chǎng)景，正好是“東數(shù)西算”的“舒適區(qū)”，“東數(shù)西訓(xùn)”成為“東數(shù)西算”的典型應(yīng)用場(chǎng)景。

近年來(lái)，人工智能帶來(lái)的能耗問(wèn)題引發(fā)廣泛討論，而我國(guó)早在2021年就開始布局“東數(shù)西算”，這無(wú)疑極具前瞻性，也大大助力了我國(guó)在此輪算力競(jìng)賽中占得優(yōu)勢(shì)。

眼下，各地人工智能方面的“東數(shù)西算”項(xiàng)目都在提速中。

北京首都在線與甘肅省慶陽(yáng)市簽訂人工智能產(chǎn)業(yè)合作框架協(xié)議；百度智能云與成都高新區(qū)簽訂戰(zhàn)略合作簽約儀式，打造大模型產(chǎn)業(yè)……

今年以來(lái)，還涌現(xiàn)出了新事物——“算力券”和“算力卡”。

北京、貴州、甘肅慶陽(yáng)等多地紛紛面向企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)等發(fā)放“算力券”，降低使用算力的成本，來(lái)支持人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

此外，有運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)面向普通消費(fèi)者推出了“算力卡”。相關(guān)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人表示，未來(lái)，算力服務(wù)也會(huì)成為像流量、寬帶一樣的大眾化產(chǎn)品。

可以想見，未來(lái)，人工智能將深度融入我們的生活，能耗問(wèn)題值得關(guān)注，但大可不必杞人憂天。相比于擔(dān)心能源問(wèn)題如何限制技術(shù)發(fā)展，思考如何用技術(shù)發(fā)展應(yīng)對(duì)能源問(wèn)題，是更為積極的態(tài)度。

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