مخاوف استهلاك الطاقة للذكاء الاصطناعي: نظرة على الأرقام والتحديات

ما هو حجم استهلاك الذكاء الاصطناعي للطاقة؟

شهد الذكاء الاصطناعي (AI) تطورًا سريعًا في السنوات الأخيرة، مما أثار نقاشات واسعة حول قضايا متعددة، من بينها استهلاكه الهائل للطاقة. يرى البعض أن الذكاء الاصطناعي لن يحل محل الإنسان بالكامل إلا عندما يصبح سعر الكهرباء أغلى من الخبز، وهي دعابة تعكس واقعًا لا يمكن تجاهله: أن استهلاك الطاقة المرتفع قد يصبح عقبة أمام تطور الذكاء الاصطناعي. كشف مهندس جوجل السابق، كايل كوبرت، على وسائل التواصل الاجتماعي أن مايكروسوفت واجهت صعوبات في جانب الطاقة أثناء تدريب نموذج GPT-6.

للتدريب على نماذج الذكاء الاصطناعي الكبيرة، يعمل مهندسو مايكروسوفت على بناء شبكة InfiniBand لربط وحدات معالجة الرسومات (GPU) الموزعة في مناطق مختلفة. يكمن تعقيد هذه المهمة في أن نشر أكثر من 100 ألف شريحة H100 في منطقة واحدة قد يؤدي إلى انهيار الشبكة الكهربائية المحلية.

لماذا يحدث هذا؟ لنقم بحساب بسيط. وفقًا لبيانات نفيديا، تبلغ ذروة طاقة كل شريحة H100 حوالي 700 واط، مما يعني أن ذروة استهلاك الطاقة لـ 100 ألف شريحة ستصل إلى 70 مليون واط. يشير خبراء في قطاع الطاقة إلى أن هذا الاستهلاك الضخم يعادل الناتج الكامل لمحطة طاقة شمسية أو رياح صغيرة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن نأخذ في الاعتبار استهلاك الطاقة للمرافق الأخرى مثل الخوادم ومعدات التبريد. إن تركيز كل هذه الأجهزة المستهلكة للطاقة في منطقة صغيرة يضع ضغطًا هائلًا على الشبكة الكهربائية.

استهلاك الذكاء الاصطناعي للطاقة: قمة جبل الجليد

أثار تقرير في مجلة "نيويوركر" اهتمامًا واسعًا، حيث قدر أن استهلاك ChatGPT اليومي من الكهرباء قد يتجاوز 500 ألف كيلوواط/ساعة. ومع ذلك، فإن استهلاك الذكاء الاصطناعي الحالي للطاقة لا يزال ضئيلاً مقارنة بالعملات المشفرة ومراكز البيانات التقليدية. تشير الصعوبات التي واجهها مهندسو مايكروسوفت إلى أن ما يعيق تطور الذكاء الاصطناعي ليس فقط استهلاك الطاقة للتكنولوجيا نفسها، بل أيضًا استهلاك الطاقة للبنية التحتية المرافقة وقدرة الشبكة الكهربائية على تحمل هذا العبء.

أفاد تقرير صادر عن وكالة الطاقة الدولية (IEA) بأن استهلاك مراكز البيانات والذكاء الاصطناعي والعملات المشفرة في عام 2022 وصل إلى 460 تيراواط/ساعة، أي ما يعادل حوالي 2% من استهلاك الطاقة العالمي. تتوقع وكالة الطاقة الدولية أنه في أسوأ الحالات، سيصل استهلاك هذه المجالات من الكهرباء إلى 1000 تيراواط/ساعة بحلول عام 2026، وهو ما يعادل استهلاك اليابان بأكملها من الكهرباء.

تجدر الإشارة إلى أن استهلاك الطاقة المخصص مباشرة لأبحاث الذكاء الاصطناعي أقل بكثير من استهلاك مراكز البيانات والعملات المشفرة. تهيمن نفيديا على سوق خوادم الذكاء الاصطناعي، حيث قامت بتوريد حوالي 100 ألف شريحة في عام 2023، باستهلاك سنوي للطاقة يقدر بـ 7.3 تيراواط/ساعة. بالمقارنة، بلغ استهلاك العملات المشفرة للطاقة في عام 2022 حوالي 110 تيراواط/ساعة، وهو ما يعادل استهلاك هولندا بأكملها من الكهرباء.

استهلاك التبريد: جانب لا يمكن تجاهله

عادةً ما يتم قياس كفاءة الطاقة في مراكز البيانات باستخدام نسبة كفاءة استخدام الطاقة (PUE)، وهي نسبة إجمالي الطاقة المستهلكة إلى الطاقة المستهلكة بواسطة أحمال تكنولوجيا المعلومات. كلما اقتربت قيمة PUE من 1، قلّت الطاقة المهدرة في مركز البيانات. أظهر تقرير صادر عن معهد Uptime أن متوسط قيمة PUE لمراكز البيانات الكبيرة في جميع أنحاء العالم في عام 2020 كان حوالي 1.59. هذا يعني أنه مقابل كل وحدة كهرباء تستهلكها معدات تكنولوجيا المعلومات في مركز البيانات، تستهلك المعدات المرافقة 0.59 وحدة كهرباء.

يتم استهلاك الجزء الأكبر من الطاقة الإضافية في مراكز البيانات في أنظمة التبريد. تشير الدراسات إلى أن أنظمة التبريد تستهلك ما يصل إلى 40% من إجمالي استهلاك الطاقة في مركز البيانات. مع التطور المستمر للشرائح وزيادة طاقة الجهاز الواحد، تتزايد كثافة الطاقة في مراكز البيانات، مما يفرض متطلبات أعلى على التبريد. ومع ذلك، يمكن تقليل هدر الطاقة بشكل كبير من خلال تحسين تصميم مراكز البيانات.

تختلف قيم PUE لمراكز البيانات اختلافًا كبيرًا، وهذا يتوقف على عوامل مثل أنظمة التبريد والتصميم الهيكلي. أظهر تقرير معهد Uptime أن قيمة PUE في الدول الأوروبية انخفضت إلى 1.46، بينما لا يزال لدى أكثر من عُشر مراكز البيانات في منطقة آسيا والمحيط الهادئ قيمة PUE تتجاوز 2.19.

لتحقيق أهداف توفير الطاقة وخفض الانبعاثات، تتخذ دول العالم إجراءات مختلفة. على سبيل المثال، يطالب الاتحاد الأوروبي مراكز البيانات الكبيرة بتركيب معدات لاستعادة الحرارة المهدرة. تستثمر الحكومة الأمريكية في تطوير أشباه موصلات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. كما أصدرت الحكومة الصينية سياسات تطالب مراكز البيانات بألا تتجاوز قيمة PUE فيها 1.3 اعتبارًا من عام 2025، وأن تزيد تدريجيًا من استخدام مصادر الطاقة المتجددة لتصل إلى 100% بحلول عام 2032.

استهلاك شركات التكنولوجيا للكهرباء: صعوبة الترشيد، وصعوبة إيجاد البديل

مع تطور العملات المشفرة والذكاء الاصطناعي، يتزايد حجم مراكز البيانات للشركات التكنولوجية الكبرى باستمرار. وفقًا لإحصائيات وكالة الطاقة الدولية، كان لدى الولايات المتحدة في عام 2022 حوالي 2700 مركز بيانات، تستهلك 4% من الكهرباء على مستوى البلاد، ومن المتوقع أن تصل هذه النسبة إلى 6% بحلول عام 2026. نظرًا لتزايد ندرة الأراضي في السواحل الشرقية والغربية للولايات المتحدة، فإن مراكز البيانات تتحول تدريجيًا إلى المناطق الوسطى، ولكن قد لا تكون إمدادات الكهرباء في هذه المناطق كافية لتلبية الطلب.

تحاول بعض شركات التكنولوجيا التحرر من قيود الشبكة الكهربائية وشراء الكهرباء مباشرة من محطات الطاقة النووية الصغيرة، ولكن هذا يتطلب إجراءات موافقة إدارية معقدة. تحاول مايكروسوفت استخدام الذكاء الاصطناعي للمساعدة في إكمال الطلبات، بينما تستخدم جوجل الذكاء الاصطناعي لجدولة مهام الحوسبة لزيادة كفاءة تشغيل الشبكة الكهربائية وتقليل انبعاثات الكربون. أما بالنسبة لموعد إمكانية استخدام الاندماج النووي المتحكم فيه، فلا يزال الأمر غير معروف حتى الآن.

تغير المناخ: تفاقم المشكلة

يحتاج تطور الذكاء الاصطناعي إلى دعم شبكة كهربائية مستقرة وقوية، ولكن مع تزايد تواتر الظواهر الجوية المتطرفة، أصبحت الشبكات الكهربائية في العديد من المناطق أكثر هشاشة. يؤدي تغير المناخ إلى زيادة تواتر الظواهر الجوية المتطرفة، مما لا يزيد من الطلب على الكهرباء ويضع عبئًا إضافيًا على الشبكة الكهربائية فحسب، بل يؤثر أيضًا بشكل مباشر على منشآت الشبكة الكهربائية. يشير تقرير وكالة الطاقة الدولية إلى أنه بسبب الجفاف وعدم كفاية الأمطار والذوبان المبكر للثلوج، انخفضت حصة الطاقة الكهرومائية في عام 2023 إلى أدنى مستوى لها منذ ثلاثين عامًا، حيث بلغت أقل من 40%.

يُنظر إلى الغاز الطبيعي عادةً على أنه جسر للتحول إلى مصادر الطاقة المتجددة، ولكن استقراره في الظروف الجوية القاسية خلال فصل الشتاء يثير القلق. في عام 2021، ضربت موجة برد ولاية تكساس الأمريكية، مما أدى إلى انقطاع واسع النطاق للتيار الكهربائي، حيث انقطع التيار عن بعض السكان لأكثر من 70 ساعة. كان أحد الأسباب الرئيسية لهذه الكارثة هو تجمد خطوط أنابيب الغاز الطبيعي، مما أدى إلى توقف محطات توليد الطاقة بالغاز الطبيعي.

تتوقع لجنة الموثوقية الكهربائية في أمريكا الشمالية (NERC) أنه في الفترة من 2024 إلى 2028، سيواجه أكثر من 3 ملايين شخص في الولايات المتحدة وكندا خطرًا متزايدًا لانقطاع التيار الكهربائي. لضمان أمن الطاقة، وتحقيق أهداف توفير الطاقة وخفض الانبعاثات في الوقت نفسه، تعتبر العديد من الدول محطات الطاقة النووية بمثابة إجراء انتقالي. في مؤتمر الأمم المتحدة لتغير المناخ (COP 28) الذي عقد في ديسمبر 2023، وقعت 22 دولة إعلانًا مشتركًا تعهدت فيه بمضاعفة قدرة توليد الطاقة النووية ثلاث مرات بحلول عام 2050 مقارنة بمستويات عام 2020. وفي الوقت نفسه، مع قيام دول مثل الصين والهند بتعزيز بناء محطات الطاقة النووية، تتوقع وكالة الطاقة الدولية أن يصل إنتاج الطاقة النووية العالمي إلى مستوى قياسي بحلول عام 2025.

يؤكد تقرير وكالة الطاقة الدولية على أنه "في ظل أنماط المناخ المتغيرة باستمرار، يصبح من الأهمية بمكان زيادة تنوع الطاقة، وتحسين قدرة الشبكة الكهربائية على التنسيق عبر المناطق، واعتماد طرق أكثر مقاومة لتوليد الطاقة". إن حماية البنية التحتية للشبكة الكهربائية لا ترتبط فقط بتطوير تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي، بل تتعلق أيضًا بالاقتصاد الوطني ومعيشة الناس.