AI高速發(fā)展，全球電力跟得上嗎?

　　“大型科技公司在人工智能(AI)時(shí)代的新煩惱：如何找到足夠的電力?”，《華爾街日報》3月27日發(fā)文，對AI的高耗電特點(diǎn)進(jìn)行了報道。AI的這一特點(diǎn)近期引發(fā)廣泛關(guān)注，甚至有研究顯示，谷歌AI系統一年需要的電力將與荷蘭一個(gè)國家一年的用電量相差無(wú)幾。馬斯克等科技大佬紛紛對AI行業(yè)將面臨的電力短缺發(fā)出警告。有專(zhuān)家提醒，發(fā)展AI需要的不只是足夠的電力，還有與之相配套的基礎設施。此外，AI高耗電特性帶來(lái)的不只是能源壓力，還有環(huán)境問(wèn)題。好消息是，AI的發(fā)展本身就能幫助實(shí)現電力供應的突破，也有助于企業(yè)降低溫室氣體排放。

　　按照目前的增長(cháng)速度，一些AI服務(wù)器每年的用電量比一些國家的用電總量還多

　　每年3月，都會(huì )有上千的企業(yè)高管聚集在美國得州休斯敦市，參加能源行業(yè)的一場(chǎng)國際高端會(huì )議，達成石油和天然氣交易，并就應對氣候變化的計劃展開(kāi)討論。這一高端會(huì )議就是已經(jīng)舉行了42屆的“劍橋能源周”，而今年的會(huì )議有了一個(gè)新主題——人工智能(AI)。

　　“AI對電力的巨大需求是不可回避的話(huà)題，也是讓人焦慮和興奮并存的原因”，據《華爾街日報》報道，大多數人認為，推動(dòng)AI發(fā)展所需的數據中心將需要大量電力。微軟公司創(chuàng )始人比爾·蓋茨在“劍橋能源周”期間表示，電力是決定數據中心能否盈利的關(guān)鍵因素，而AI消耗的電力是驚人的。

　　比爾·蓋茨并非是唯一一位對AI高耗電特點(diǎn)表示擔憂(yōu)的科技大佬。美國特斯拉公司首席執行官馬斯克認為，未來(lái)幾年內AI行業(yè)將由“缺硅”變?yōu)?ldquo;缺電”。OpenAI首席執行官奧爾特曼在今年的達沃斯論壇上直言，大家仍然沒(méi)有意識到技術(shù)對能源的需求，如果在能源方面不能取得突破，就不可能實(shí)現技術(shù)目標。美國芯片制造商英偉達的創(chuàng )始人兼首席執行官黃仁勛近期表示，AI的盡頭是光伏和儲能。

　　AI到底有多耗電呢?美國Vox新聞網(wǎng)舉例說(shuō)，訓練像GPT-3這樣的大型語(yǔ)言模型，需要使用近1300兆瓦時(shí)的電力，相當于130個(gè)美國家庭的年用電量。今年1月，國際能源署(IEA)發(fā)布了對未來(lái)兩年全球能源使用的預測，報告首次納入了與數據中心、加密貨幣和AI相關(guān)的用電量預測。IEA估計，2022年，這些用電量加在一起幾乎占全球電力需求的2%;到2026年，和這些用途有關(guān)的電力需求可能會(huì )翻一番，大致相當于現在整個(gè)日本的用電量，而能源需求增長(cháng)最快的領(lǐng)域之一就是被稱(chēng)為生成式AI的機器學(xué)習。

　　據《華爾街日報》等媒體報道，荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)商業(yè)與經(jīng)濟學(xué)院研究員德弗里斯去年10月預測，根據英偉達專(zhuān)門(mén)為AI制造的微芯片當前和未來(lái)的銷(xiāo)量，AI系統的全球用電量可能會(huì )增加到15吉瓦。到2027年，AI服務(wù)器每年的用電量將在85到134太瓦時(shí)之間。這相當于阿根廷或者荷蘭等國一年的用電量，約占目前全球用電量的0.5%。目前，英偉達在數據中心AI專(zhuān)用芯片市場(chǎng)上占有90%以上的份額，這使其產(chǎn)量成為整個(gè)行業(yè)用電量的代表。

　　德弗里斯估計，到2027年，全球數據中心所需的電量可能會(huì )增加50%，這主要“歸功于”AI的發(fā)展。不過(guò)，這一數字可能還是被低估了，因為其中并沒(méi)有包括在數據中心冷卻AI芯片的用電量。德弗里斯表示，隨著(zhù)AI處理器變得越來(lái)越強大，讓它們保持在工作范圍內變得越來(lái)越困難，而且運行它們所需的總電量可能會(huì )增加10%到100%。美國星座能源公司預測，未來(lái)AI對電力的需求可能是美國電動(dòng)汽車(chē)充電所需總量的5到6倍。

　　“為什么AI會(huì )消耗這么多電力?”《福布斯》雜志網(wǎng)站援引法國AI圖片編輯軟件PhotoRoom一名負責人的話(huà)解釋稱(chēng)，AI模型耗電多是因為模型訓練的數據量巨大、模型非常復雜以及用戶(hù)向AI提出的請求量大。在訓練過(guò)程中，AI模型根據大量的示例和數據“學(xué)習”如何回答問(wèn)題。訓練一個(gè)AI模型可能需要幾分鐘到幾個(gè)月的時(shí)間，這取決于模型的數據量及其復雜性。在此期間，圖形處理器(GPU)——一種用于處理大量數據的電子芯片——每天24小時(shí)運行，消耗大量電量。此外，在回答用戶(hù)問(wèn)題時(shí)，AI首先需要“理解”問(wèn)題，然后“思考”答案，最后將結論分享給用戶(hù)，每個(gè)過(guò)程都需要GPU的處理能力，也需要消耗電力。

　　《華爾街日報》等媒體稱(chēng)，每次用戶(hù)與AI系統交互時(shí)，后者都必須重新進(jìn)行計算，而普通的谷歌搜索結果副本可以被存儲或緩存，并在其他人進(jìn)行相同搜索時(shí)提供給他們。根據IEA的數據，一次谷歌搜索需要0.3瓦時(shí)的電力，而一次ChatGPT請求需要2.9瓦時(shí)的電力。如果ChatGPT被整合到每天90億次的搜索中，電力需求將每年增加10太瓦時(shí)。北京郵電大學(xué)教授李靜林告訴《環(huán)球時(shí)報》記者，目前AI主要涉及深度學(xué)習、強化學(xué)習和大模型開(kāi)發(fā)等，這需要大量GPU的堆積，而就算是低端入門(mén)級別的4090系列的GPU，其功耗最低已達到300瓦或400瓦級別。

　　變電器短缺+AI末世論敘事

　　馬斯克認為，AI的高速發(fā)展，不僅將導致全球電力供應緊張，還可能導致變壓器短缺。他解釋說(shuō)，如果有100千伏—300千伏的電壓從電力網(wǎng)絡(luò )中輸出，它必須一路降壓到6伏，這是一個(gè)很大的降幅。盤(pán)古智庫理事長(cháng)易鵬對《環(huán)球時(shí)報》記者表示，AI耗電占社會(huì )總用電量的比例將飛躍式提升，AI的高耗電會(huì )使發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等電網(wǎng)設施、設備持續短缺。同時(shí)，與電力相關(guān)的能源價(jià)格會(huì )持續走高，直至更低成本的新技術(shù)出現。

　　李靜林表示，AI或電子系統的耗電與工業(yè)系統有所不同，工業(yè)系統主要使用交流電，而電腦等使用的是穩定的、“干凈的”直流電。但水電和風(fēng)電的缺點(diǎn)在于風(fēng)速和水流速度時(shí)快時(shí)慢，不夠穩定，雜波太多，不夠“干凈”，因此如何將不穩定的水電清潔能源轉化為穩定狀態(tài)，是需要解決的問(wèn)題，這關(guān)系到今后AI的電力供應。李靜林認為，AI的高耗電會(huì )給相關(guān)企業(yè)甚至國家帶來(lái)影響，最終結果很有可能是較大國家在競爭中勝利，而較小的國家因實(shí)力不足而放棄。

　　“如果將大型語(yǔ)言模型、GPT風(fēng)格的模型整合到搜索引擎中，它的環(huán)境成本將是普通搜索的5倍。”據美國廣播公司(ABC)報道，位于紐約的“AI現在研究所”負責人韋斯特這樣說(shuō)。美國《財富》雜志網(wǎng)站此前報道稱(chēng)，在2023年的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會(huì )上，出現了一種關(guān)于A(yíng)I的末世論敘事，其重點(diǎn)就是對AI迅速增長(cháng)的電力需求的擔憂(yōu)。

　　美國斯坦福大學(xué)的一項研究表明，自21世紀首個(gè)十年以來(lái)，AI系統的電力需求增長(cháng)了30萬(wàn)倍，其中一些電力來(lái)自化石燃料，全球數據中心消耗的電力占全球電力的1%以上，其中1/3來(lái)自煤炭和天然氣。美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究顯示，訓練一個(gè)AI模型可能排放超過(guò)284噸的二氧化碳，相當于5輛普通美國汽車(chē)的壽命排放量。每年，AI的碳足跡接近全球排放量的1%。不過(guò)，英特爾和通用電氣等公司正在利用AI大幅減少二氧化碳的排放。美國風(fēng)險管理咨詢(xún)公司麥肯錫的研究顯示，AI增強的制造業(yè)可以減少10%—20%的溫室氣體排放。

　　美國能源部想讓科技公司在園區內建核電站

　　在認識到AI高耗電的特性后，很多企業(yè)將目光轉向核電。CNN等媒體報道稱(chēng)，奧爾特曼認為，核聚變是解決AI不斷飆升電力需求的答案。他向美國核聚變初創(chuàng )公司Helion能源投資了3.75億美元。奧爾特曼也是初創(chuàng )公司Oklo的主席，該公司專(zhuān)注于通過(guò)核裂變發(fā)電。

　　2023年，微軟決定將從2028年開(kāi)始從Helion能源購買(mǎi)電力。同樣在2023年，微軟與美國星座能源公司簽署了一項協(xié)議，要求后者為微軟位于弗吉尼亞州的數據中心增加核能發(fā)電。此前一年，谷歌參與了TAE科技公司2.5億美元的融資。該公司位于美國加州，致力于開(kāi)發(fā)中子聚變動(dòng)力。2021年年底，亞馬遜創(chuàng )始人貝索斯和其他投資者為加拿大核公司通用聚變公司籌集了超過(guò)1.3億美元的投資。各大科技公司對核電企業(yè)的關(guān)注，也導致后者的股價(jià)今年出現大漲。截至3月，美國星座能源公司的股價(jià)今年已累計上升60%。

　　就連美國政府也將核電作為應對AI高耗電的一項重要措施。據美國Axios新聞網(wǎng)報道，美國能源部正在探索如何讓科技公司在其龐大的數據中心園區內建立小型核電站。美國能源部長(cháng)格蘭霍姆表示，與微軟、谷歌和亞馬遜等大公司的對話(huà)需要“加快步伐，因為(它們)對電力的需求只會(huì )增加”。

　　不過(guò)，英國曼徹斯特大學(xué)的核聚變研究員阿尼卡·汗表示，通過(guò)核聚變發(fā)電的技術(shù)可能要到本世紀下半葉才能準備好。還有專(zhuān)家警告說(shuō)，無(wú)論需求增長(cháng)有多快，擴大核電的努力都不應該急于求成。加拿大卡爾頓大學(xué)機械和航空航天工程助理教授阿卜杜拉說(shuō):“如果我們向目標沖刺，就有可能犯嚴重錯誤。”

　　對于A(yíng)I高耗電的一個(gè)好消息是，AI的耗電主要集中在大模型的訓練過(guò)程。如果訓練完成，制作到芯片中，電力消耗就會(huì )非常低。李靜林介紹說(shuō)，帶有人臉識別技術(shù)(需要深度學(xué)習)的攝像頭實(shí)際功耗并不大;汽車(chē)自動(dòng)駕駛的圖像識別技術(shù)已經(jīng)訓練得相對成熟，不需要很高的GPU算力來(lái)進(jìn)行頻繁、快速的推理過(guò)程，只需要進(jìn)行適應性訓練，能耗已經(jīng)降下來(lái)了。

　　《財富》雜志網(wǎng)站也表示，有研究顯示，2010年至2018年間，全球數據中心行業(yè)的能源強度每年下降約20%。數據中心、芯片和編程方面的效率提升已經(jīng)超過(guò)了能源和電力使用的增長(cháng)。

　　電力行業(yè)要深化能源供給側結構性改革

　　易鵬認為，AI發(fā)展過(guò)程中的電力短缺，對算力規模分別占全球33%、34%的中美兩國的挑戰尤為嚴峻。按照盤(pán)古智庫的預測，2035年—2040年間，我國用于智算中心的電力將遠超全社會(huì )用電量的10%。

　　據美媒報道，除核電外，一些美國高科技企業(yè)還將希望放在天然氣發(fā)電上。美國天然氣巨頭EQT的首席執行官萊斯稱(chēng)，建設數據中心的科技公司正在詢(xún)問(wèn)從該公司購買(mǎi)天然氣的事宜。

　　在滿(mǎn)足AI電力需求方面，易鵬認為我國優(yōu)勢很多，比如發(fā)電量巨大、電力供應系統規模全球最大，產(chǎn)業(yè)鏈完備并在特高壓等領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢。此外，我國已建成全球規模最大的清潔發(fā)電體系，水電、風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)發(fā)電、在建核電規模多年位居世界第一。我國光伏裝機容量占全球近一半。

　　不過(guò)，易鵬指出，雖然我國新能源發(fā)電比例持續增加，但仍不足以補充供需缺口，電力供需形勢仍然持續偏緊。此外，新能源發(fā)電具有“極熱無(wú)風(fēng)、晚峰無(wú)光”的特點(diǎn)，在穩定性上難以提供瞬間功率支撐，會(huì )導致高峰時(shí)段電力供應緊張。新能源電力比例增高，也使現有電力系統調節能力面臨挑戰。所以，電力行業(yè)要深化能源供給側結構性改革，持續增加新能源裝機容量，推動(dòng)“源網(wǎng)荷儲”模式，充分利用AI技術(shù)在虛擬電廠(chǎng)等電力信息技術(shù)領(lǐng)域實(shí)現突破，提升用電效能。

　　來(lái)源：環(huán)球時(shí)報記者 陳子帥 本報特約記者 王曉雄