Bude mít svět dostatek elektřiny? Rostoucí křivku spotřeby vedle elektromobilismu ohýbá rozvoj AI

Rozvoj umělé inteligence (AI) čím dál tím více ovlivňuje technologický pokrok. Na druhou stranu lze však vlastně prvotně vidět i negativa pro planetu. Zásadním faktorem je rapidně rostoucí spotřeba elektřiny, potažmo tedy produkce skleníkových plynů. A to tu přitom již dlouhodobě máme neustálý nárůst počtu nejen počítačů, ale i dalších elektronických přístrojů. Vedle jejich samotné spotřeby lze zmínit energetickou náročnost samotného internetu, a především jako hub po dešti rostoucích datových center. Obecně zkrátka jen množství dat vytvářených lidstvem geometricky roste. Vedle toho možno zmínit energeticky náročné kryptoměny a nezadržitelný rozvoj elektromobilismu, přestože v posledních měsících u řidičů roste zájem především o plug-in hybridy. V následujících řádcích primárně přiblížíme, jak samotná AI ovlivňuje a dále nejspíše bude ovlivňovat spotřebu elektrické energie.

AI a její energetická náročnost

Technologie AI, především hluboké učení (deep learning) a rozsáhlé neurální sítě, jsou vysoce výpočetně náročné, tedy vyžadují značné množství energie. Již studie z roku 2019 provedená University of Massachusetts zmínila, že trénování jednoho velkého modelu AI, například BERT (Bidirectional Encoder Representations from Transformers), měla spotřebovat až 626 000 kWh elektrické energie, což odpovídá emisím přibližně 284 tun CO₂. Pro srovnání, to je ekvivalent vyprodukovaných emisí z pěti automobilů za celou dobu jejich životnosti.

Další příklad přinesl deník The New York Times, kde se uvádí, že trénování GPT-3, jednoho z největších modelů AI s 175 miliardami parametrů, spotřebovalo přibližně 1 287 000 kWh energie. To je dle zmiňovaného deníku přibližně stejné množství energie, které spotřebuje 120 amerických domácností za rok. U pokročilejší verze GPT-4 se odhaduje v porovnání dokonce 50krát více! Hovoříme přitom pouze o trénování, elektřinu samozřejmě vyžaduje samotný následný provoz (inference).

Inovace a snaha o snížení spotřeby energie

V reakci na rostoucí energetickou náročnost AI investují technologické společnosti do vývoje efektivnějších hardwarových řešení. Google například vyvinul Tensor Processing Units (TPU), které jsou navrženy speciálně pro AI výpočty. Podle interních odhadů společnosti Google mají tyto jednotky až o 80 % nižší energetickou náročnost než tradiční GPU, které se běžně používají pro AI. Tak jako tak emise skleníkových plynů společnosti Google byly v roce 2023 téměř o 50 % vyšší než v roce 2019, a to zejména kvůli poptávce po energii spojené s datovými centry.

Společnost Microsoft, která investovala do výrobce ChatGPT OpenAI a umístila generativní nástroje AI do své nabídky produktů, nedávno oznámila, že její emise CO₂ vzrostly od roku 2020 téměř o 30 % v důsledku rozšiřování datových center.

V oblasti softwaru se výzkumníci zaměřují na optimalizaci algoritmů a zkrácení tréninkových časů. Například novější verze modelu BERT, nazvaná DistilBERT, byla vyvinuta tak, aby měla přibližně o 40 % menší počet parametrů, a přesto dosahovala srovnatelných výkonů. To vede ke snížení energetické náročnosti trénování i inferencí.

Výhled do budoucna aneb nezadržitelný nárůst energetické náročnosti

Díky i pomoci AI se samotné produkty výpočetní techniky stávají účinnější, resp. na spotřebovanou jednotku energie zvládnou stále více operací. Jak známo v tomto ohledu v současnosti vládnou produkty od společnosti NVIDIA. Každopádně i přes snahy o optimalizaci a zvýšení energetické účinnosti je jasné, že poptávka po výkonných AI modelech bude nadále růst. Podle odhadů Mezinárodní energetické agentury (IEA) globální poptávka po elektřině z AI, datových center a kryptoměn v souhrnu vzroste v roce 2026 podle základního scénáře na 800 TWh, což představuje téměř 75% nárůst oproti 460 TWh v roce 2022. A světe div se, Spojené státy nejsou v čele, lídrem ve spotřebě Čína.

Pro porovnání v České republice loni činila čistá spotřeba elektrické energie 57,8 TWh, když se přitom díky úsporám meziročně snížila o více než 4 %. Do roku 2050 se však u nás predikuje růst o 50-75 %.

Ceníky elektřiny pro domácnosti https://www.kurzy.cz/elektrina/

Aktuálně z hlediska rozvoje AI možno zmínit společností Tesla v Austinu budovaný superpočítač Cortex. Superpočítač pro trénink umělé inteligence, který má tvořit technologický základ pro plány společnosti v oblasti autonomního řízení a mohl by se stát jedním z největších a nejvýkonnějších svého druhu na světě. Jen v první fázi má však spotřeba činit 130 MW, výhledově se rozrůst dokonce až na 500 MW. V porovnání samotná výroba společnosti například v její Gigafactory v Nevadě spotřebovává „jen“ 100 MW. Šéf Elon Musk v návaznosti právě i na rozvoj AI předpokládá, že se v USA do roku 2045 spotřeba elektřiny oproti současnosti ztrojnásobí. Nahlédnout do Cortexu umožnil Musk na síti X (viz. níže).

Závěr

Aplikace AI přinesou novinky například v oblastech, jako je rozpoznávání obrazu, zpracování přirozeného jazyka, zmiňovaného autonomního řízení, ale třeba i zdravotnictví. Vedle obrovské technologické výhody každopádně přinesou další výrazné zvýšení energetické náročnosti světa. Je proto nezbytné, aby se technologické společnosti soustředily na vývoj efektivnějších řešení a aby se zároveň zvyšoval podíl obnovitelných zdrojů energie v energetickém mixu. Jinak by mohl být environmentální dopad AI značný a mohl by převážit nad přínosy, které tato technologie přináší.