AI si může snížit spotřebu s 3D procesory

Za AI i jejím dosud nejpopulárnějším výstupem v podobě jazykového modelu, chatbota Chat GPT, jsou obrovská datová centra. A ta si žádají stálý přísun velkého množství energie nejen pro samotný provoz, ale i pro nezbytné masivní chladicí systémy, které navíc potřebují značné objemy vody. Výzkum provedený na Washingtonské univerzitě v Seattlu prokázal, že stovky milionů dotazů směřujících denně jen na ChatGPT spotřebují přibližně 1 gigawatthodinu energie, tedy asi tolik jako 33 tisíc tamních domácností.

Největší spotřebu energie přitom systémy AI vykazují daleko dříve, než se k nim jejich uživatelé vůbec dostanou. A to při procesu „učení“, kdy musí zpracovat a uložit obrovská kvanta dat. Robustní jazykový model typu ChatGPT při takovém učení spotřebuje asi tolik energie jako středně velké město za celý rok. Musí mít dostatečnou kapacitu, aby porozuměl dotazu a poskytl relevantní odpověď. Pro napodobení lidské schopnosti řešit složitější úlohy takový model potřebuje víc než deset miliard parametrů.

Vývojáři hledají způsoby, jak spotřebu energií u procesorů snížit. Vedle vytváření technik na kompresi modelů AI pracují rovněž na specializovaném hardwaru čipů, který umožňuje ukládání jednotlivých komponentů ve třech rovinách. Procesory s 3D zpracováním umožňují úspornější a současně i rychlejší přesuny dat. Čipy s 3D uspořádáním navíc lépe vystihují strukturu lidského mozku, kterou se tvůrci AI snaží simulovat.

Na rozvoji AI systémů se pracuje už celá desetiletí, ale teprve v poslední době dospěly do fáze snadné dostupnosti pro širokou veřejnost prostřednictvím celé řady aplikací. Chatbot ChatGPT se stal vlajkovou lodí celého oboru a fenoménem současnosti. Publikum má novou hračku, a tak se baví a výše zmíněné dopady neřeší. Dlužno dodat, že většina populace o nich pravděpodobně nemá ani tušení. Energetická náročnost AI není právě mainstreamově atraktivním tématem…

Běžné jazykové modely AI jsou obvykle takzvaně statické, což znamená, že nové věci se už dál „neučí“ a prostá konverzace s nimi není tak energeticky náročná jako proces učení. To se ovšem změní, jakmile má AI generovat obrázky nebo videa, v té chvíli spotřeba výrazně vzroste. Problém je i v omezené schopnosti uživatelů zvolit pro daný úkol adekvátní, a tedy efektivní AI nástroj.

Jazykové modely fungují jinak než běžné počítačové programy. Příkaz zadaný chatbotovi namísto do relevantního vyhledávače znamená i více než třicetinásobně náročnější výpočetní výkon s gigantickou spotřebou energie. Kvalita výstupu přitom vynaložené energii neodpovídá a velké jazykové modely sloužící jako prostý vyhledávač uživateli žádnou přidanou hodnotu nepřinášejí.

Populární jazykové modely jako ChatGPT jsou ovšem jen velmi malou, byť aktuálně nejviditelnější součástí AI. Ta má svůj vlastní vědní obor a pomáhá v celé řadě oblastí. Za všechny zmiňme biologii a farmacii, kde se podílí na zkoumání fyziognomických pochodů v těle a na vývoji nových léčiv. Nebo meteorologii a její podíl na zdokonalování modelů pro předpověď počasí.

AI je přes svou obecnou energetickou náročnost paradoxně velmi efektivní i při řízení výroby, spotřeby, akumulace i agregace energií. Uplatňuje se v zemědělství při nasazení dronů pro monitoring stavu půdy a plodin nebo při prevenci přírodních katastrof. Samozřejmostí jsou dnes počítačově řízené výrobní procesy i pronikání AI do oboru vojenství, jak se bohužel máme možnost denně přesvědčovat při sledování vývoje konfliktů na Ukrajině i jinde.

Stav nedostatečné transparentnosti a dostupnosti dat o reálných energetických nárocích a environmentálních dopadech rozvoje AI by se měl alespoň v Evropě změnit. Byl schválen akt Evropské unie o umělé inteligenci, který mimo jiné tuto podmínku zavádí, a vstoupil v platnost letos 1. srpna. Údaje o tom, kolik energie AI při svém provozu „spořádá“, tak budou veřejné. Otázkou je, nakolik může samotné povědomí o negativních dopadech užívání AI změnit přístup veřejnosti. Spíš asi půjde o výzvu pro rozvoj nových, úsporných technologií typu 3D procesorů, protože na zodpovědné chování společnosti nelze příliš spoléhat.

Vyhlídky přitom nejsou nikterak růžové. Doktorand fakulty School of Business and Economics VU Amsterdam a zakladatel výzkumné společnosti Digiconomist na odhalování vedlejších důsledků digitálních trendů, Alex de Vries, ve své studii dospěl k závěru, že spotřeba energie odvětví AI se bude pohybovat mezi 85 a 134 terrawatthodinami (TWh) elektřiny ročně. Pro srovnání, celková spotřeba elektřiny v České republice vloni dosáhla 57,8 TWh.

Studie přitom zcela pomíjí spotřebu energie na chlazení obřích datových center, kterou velké technologické firmy obvykle nezveřejňují. Společnost Microsoft nicméně ve své zprávě o udržitelnosti přiznala, že spotřebu vody mezi lety 2021 a 2022 zvýšila o 34 procent na 6,4 milionu kubíků a její datacentra v roce 2022 odebrala 22,29 TWh elektřiny. 

Report zpracovaný pro Evropskou komisi odhaduje spotřebu elektřiny datových center v EU v roce 2022 mezi 45 a 65 TWh, což je 1,8 až 2,6 procent celkové spotřeby elektřiny v Evropské unii. Firma OpenAI přitom svého chatbota ChatGPT spustila až v listopadu 2022 a teprve v roce 2023 veřejně zpřístupnila jeho prototyp.

Studie americké společnosti Goldman Sachs předpokládá růst spotřeby elektřiny v Evropě do roku 2033 o více než 40 procent, přičemž vedle elektrifikace dopravy a průmyslu bude klíčovým energeticky náročným odvětvím právě rozvoj umělé inteligence a výstavba datových center. Podle předpokladů mají poptávat 8 až 14 procent z nárůstu spotřeby elektřiny, což znamená asi 220 TWh.