Розвиток штучного інтелекту призвів до стрімкого зростання числа нових дата-центрів, адже компанії намагаються задовольнити величезний попит на електричну енергію для живлення та охолодження серверів. Існують побоювання, що США можуть не мати достатньо електрики для підтримки широкого впровадження AI, а старіюча енергосистема не зможе впоратися з цим навантаженням.
«Якщо ми не почнемо інакше думати про цю проблему електроживлення вже зараз, ми ніколи не зможемо реалізувати нашу мрію», – заявила Діпті Вачані, керівник автомобільного підрозділу компанії Arm. Процесори з низьким споживанням енергії від цієї компанії стають дедалі популярнішими серед великих гравців, таких як Google, Microsoft, Oracle і Amazon, оскільки вони можуть скоротити споживання електрики до 15% у дата-центрах.
Останній чіп AI компанії Nvidia, Grace Blackwell, використовує процесори на базі Arm, які, за їхніми словами, дозволяють виконувати моделі генеративного AI з використанням у 25 разів менше енергії порівняно з попереднім поколінням.
«Економія кожного шматочка енергії вимагатиме принципово іншого підходу до дизайну, в порівнянні з намаганнями максимально підвищити продуктивність», – зазначила Вачані.
Ця стратегія зменшення споживання енергії через поліпшення обчислювальної ефективності, відома як «більше роботи за ват», є частковим рішенням енергетичної кризи AI. Але цього явно недостатньо.
За даними звіту Goldman Sachs, один запит до ChatGPT споживає майже в 10 разів більше енергії, ніж типовий пошук у Google. Генерація AI-усталого зображення може споживати стільки ж енергії, скільки зарядка смартфона.
Ця проблема не нова. Оцінки 2019 року показували, що навчання однієї великої мовної моделі викликає викид CO2, який дорівнює всьому вуглецевому сліду п’яти автомобілів на бензині за весь час їх використання.
Великі компанії, які будують дата-центри для задоволення потреб у цій величезній електроенергії, також спостерігають значне зростання викидів. Останній екологічний звіт Google повідомив, що викиди парникових газів зросли майже на 50% з 2019 по 2023 рік, частково через споживання енергії в дата-центрах, хоча було зазначено, що їх центри є в 1,8 рази енергоефективнішими, ніж середній дата-центр. Викиди Microsoft зросли майже на 30% з 2020 по 2024 рік, що також пов’язано з діяльністю дата-центрів.
У Канзас-Сіті, де Meta будує дата-центр, орієнтований на AI, потреби у електричній енергії є настільки високими, що плани закриття вугільної електростанції призупиняються.
Сотні Ethernet-кабель зв’язують серверні стійки у дата-центрі Vantage у Санта-Кларі, Каліфорнія, 8 липня 2024 року.
Кеті Тарасова
В пошуках енергетичних ресурсів
По всьому світу налічується більше 8000 дата-центрів, при цьому найбільша концентрація знаходиться у США. За прогнозами Boston Consulting Group, попит на дата-центри зростатиме на 15-20% щорічно до 2030 року, коли вони, за очікуваннями, становитимуть 16% від загального споживання електроенергії в США. Це збільшення з 2,5% до виходу OpenAI’s ChatGPT в 2022 році, і відповідає електроспоживанню приблизно двох третин всіх домівок у США.
CNBC відвідала дата-центр у Кремнієвій долині, щоб дізнатися, як індустрія справляється із цим стрімким зростанням та де знайдеться достатньо енергії для його реалізації.
«Ми підозрюємо, що попит на AI-специфічні додатки буде таким же або навіть більшим, ніж історичний попит від хмарних сервісів», – сказав Джефф Тенч, виконуючий віце-президент Vantage Data Center в Північній Америці та Азіатсько-Тихоокеанському регіоні.
Багато великих технологічних компаній укладають контракти з такими фірмами, як Vantage, для розміщення своїх серверів. За словами Тенча, дата-центри Vantage зазвичай мають потужність понад 64 мегавати, тобто стільки ж, скільки споживає десятки тисяч домівок.
«Багато з цих потужностей займаються однією компанією, яка орендує весь простір. Коли ми думаємо про AI-додатки, ці цифри можуть зрости дуже істотно, навіть до сотень мегават», – додав Тенч.
Санта-Клара, Каліфорнія, де CNBC відвідала Vantage, довгий час є одним із найважливіших місць у країні для кластерів дата-центрів, розташованих поруч із підприємствами, які потребують дані. Головний офіс Nvidia був видимий з даху. Тенч зазначив, що на півночі Каліфорнії спостерігається «сповільнення» через «недостатню доступність електропостачання з боку енергетичних компаній».
Vantage будує нові кампуси в Огайо, Техасі та Джорджії.
«Саме індустрія шукає місця, де є або близький доступ до відновлювальних джерел енергії, чи то вітрових, чи сонячних, і до іншої інфраструктури, яку можна використати в рамках стимулювальних програм для перетворення вугільних електростанцій на газові, або шукати способи отримання енергії з атомних електростанцій», – зазначив Тенч.
Vantage Data Centers розширює кампус біля Фінікса, Аризона, щоб забезпечити 176 мегават потужності.
Vantage Data Centers
Посилення енергосистеми
Стара енергосистема часто не може справитися з навантаженнями, навіть коли достатня кількість електрики генерується. Вузькі місця виникають при доставці електроенергії з місця виробництва до споживання. Одним із рішень може стати додавання сотень або тисяч миль ліній передачі.
«Це дуже дорого та займає багато часу, і іноді витрати просто перекладаються на жителів у вигляді збільшення рахунків за енергопостачання», – сказав Шаолей Рен, доцент кафедри електричної та комп’ютерної інженерії Каліфорнійського університету в Ріверсайді.
Один проект на суму 5,2 мільярда доларів на розширення ліній до області Вірджинії, відомої як “аллея дата-центрів”, зустрів опір з боку місцевих споживачів, які не хочуть бачити, як їхні рахунки зростають, щоб профінансувати проект.
Ще одним рішенням є використання програмного забезпечення для прогнозування, щоб зменшити неполадки в одній з найслабших точок енергосистеми: трансформаторів.
«Уся електрика, що генерується, повинна проходити через трансформатор», – зазначив генеральний директор VIE Technologies Рахул Чатурведі, додаючи, що в США їх налічується від 60 до 80 мільйонів.
Середній вік трансформатора також становить 38 років, тому вони часто стають причинами перебоїв у електропостачанні. Заміна їх є дорогою та тривалою справою. VIE виготовляє невеликий сенсор, що кріпиться на трансформаторах, щоб прогнозувати відмови та визначати, які з них можуть витримати більше навантаження, щоб можна було нахилити енергію з трансформаторів, які ризикують зламатися.
Чатурведі зазначив, що бізнес зріс утричі з моменту виходу ChatGPT у 2022 році і, напевно, ще подвоїться або втричі зросте наступного року.
Генеральний директор VIE Technologies Рахул Чатурведі демонструє сенсор 25 червня 2024 року в Сан-Дієго. VIE встановлює їх на старі трансформатори, щоб допомогти прогнозувати і зменшувати відмови енергосистеми.
VIE Technologies
Охолодження серверів
Дата-центри з генеративним AI також потребуватим від 4,2 до 6,6 мільярда кубічних метрів води на рік до 2027 року для охолодження, за даними дослідження Рена. Це більше ніж загальний річний відбір води половини Великобританії.
«Усіх турбує, що AI поглинає велику кількість енергії. Це можна вирішити, якщо ми перестанемо ігнорувати ядерну енергію, правильно? Це можливо. Вода є основним обмежуючим фактором для того, що нас чекає в термінах AI», – зазначив Том Фергюсон, керуючий партнер Burnt Island Ventures.
Дослідження команди Рена показало, що кожні 10-50 запитів до ChatGPT «спалюють» приблизно таку ж кількість води, як у стандартній 16 унцій пляшці.
Більшість цієї води використовують для випаровуваного охолодження, але дата-центр Vantage у Санта-Кларі має великі кондиціонери, які охолоджують приміщення без відбору води.
Ще одним рішенням є застосування рідинного охолодження безпосередньо на чіпи.
«Для багатьох дата-центрів це потребує величезних витрат на модернізацію. В нашому випадку в Vantage приблизно шість років тому ми впровадили дизайн, який дозволяє нам використовувати холодну воду в залі дата-центру», – зазначив Тенч.
Компанії, такі як Apple, Samsung і Qualcomm, хвалять переваги AI, що працює на пристроях, залишаючи енергозатратні запити поза хмарою і не перевантажуючи дата-центри.
«Ми будемо мати стільки AI, скільки підтримають ці дата-центри. І може бути менше, ніж хочуть люди. Але зрештою, наразі багато людей працюють над пошуком способів здійняти ці обмеження», – резюмував Тенч.