Preocupaciones sobre el Consumo de Energía de la IA: Un Análisis Profundo

El Desafío Energético de la Inteligencia Artificial

La inteligencia artificial (IA) ha experimentado un crecimiento exponencial en los últimos años, transformando industrias y nuestras vidas de maneras inimaginables. Sin embargo, esta rápida expansión no está exenta de desafíos, y uno de los más apremiantes es su alto consumo de energía. Se ha llegado a bromear diciendo que la IA solo dejaría de reemplazar a los humanos cuando la electricidad sea más cara que el pan, una exageración que resalta la preocupación real sobre la demanda energética de esta tecnología. Un ejemplo claro es el relato de un ex ingeniero de Google, Kyle Corbitt, quien reveló que Microsoft enfrentó problemas de suministro eléctrico durante el entrenamiento de GPT-6.

Para entrenar modelos de IA masivos, como los que se utilizan en GPT-6, los ingenieros de Microsoft están construyendo redes InfiniBand que conectan GPUs distribuidas geográficamente. La complejidad de esta tarea surge de la necesidad de evitar concentrar más de 100,000 chips H100 en un solo lugar, lo que podría sobrecargar las redes eléctricas locales y provocar su colapso.

¿Por qué ocurre esto? Un simple cálculo revela la magnitud del problema. Según datos de NVIDIA, cada chip H100 tiene un consumo máximo de 700W. Por lo tanto, 100,000 chips consumirán hasta 70 millones de vatios en su pico de demanda. Este nivel de consumo, según expertos del sector energético, equivale a la producción de una pequeña planta de energía solar o eólica. Además, debemos considerar el consumo de los servidores y los sistemas de refrigeración, lo que ejerce una presión enorme sobre las redes eléctricas.

El Consumo de Energía de la IA: Una Mirada a la Punta del Iceberg

Un artículo del New Yorker estimó que ChatGPT podría consumir más de 500,000 kWh al día. No obstante, el consumo actual de la IA sigue siendo menor en comparación con el de las criptomonedas y los centros de datos tradicionales. Los problemas que enfrentan los ingenieros de Microsoft demuestran que el reto no es solo el consumo de la tecnología en sí, sino también el de la infraestructura necesaria y la capacidad de las redes eléctricas.

La Agencia Internacional de Energía (IEA) informó que, en 2022, el consumo de los centros de datos, la IA y las criptomonedas alcanzó los 460 TWh, aproximadamente el 2% del consumo global. La IEA pronostica que, en el peor escenario, este consumo podría llegar a 1000 TWh en 2026, equivalente al consumo de todo Japón.

Es importante destacar que la energía consumida directamente en la investigación de la IA es menor que la empleada por los centros de datos y las criptomonedas. NVIDIA, líder en el mercado de servidores de IA, suministró alrededor de 100,000 chips en 2023, con un consumo anual de 7.3 TWh. En contraste, las criptomonedas consumieron 110 TWh en 2022, similar al consumo de toda Holanda.

La Importancia de la Refrigeración y la Eficiencia Energética

La eficiencia de los centros de datos se mide mediante el Power Usage Effectiveness (PUE), que es la relación entre la energía total consumida y la energía consumida por la carga de IT. Un PUE cercano a 1 indica que el centro de datos desperdicia menos energía. Según el Uptime Institute, el PUE promedio de los grandes centros de datos en 2020 fue de 1.59. Esto significa que, por cada grado de electricidad consumido por los equipos de IT, los sistemas de apoyo consumieron 0.59 grados adicionales.

Gran parte del consumo extra de los centros de datos se destina a la refrigeración. Los estudios muestran que los sistemas de refrigeración pueden consumir hasta el 40% de la energía total de un centro de datos. Con la mejora continua de los chips y el aumento de la densidad de potencia, la demanda de refrigeración se ha intensificado. Sin embargo, se puede reducir el desperdicio de energía optimizando el diseño del centro de datos.

Las diferencias en los valores de PUE son significativas, dependiendo del sistema de refrigeración y el diseño estructural. El Uptime Institute ha reportado que los países europeos han logrado reducir el PUE a 1.46, mientras que en Asia-Pacífico, más del 10% de los centros de datos tienen un PUE superior a 2.19.

Para lograr la eficiencia energética, las naciones han implementado diversas medidas. La Unión Europea obliga a los centros de datos a instalar sistemas de recuperación de calor residual. El gobierno de Estados Unidos invierte en el desarrollo de semiconductores más eficientes. China ha establecido políticas que exigen que los centros de datos tengan un PUE inferior a 1.3 en 2025, con el objetivo de alcanzar el 100% de uso de energías renovables para 2032.

El Consumo de las Empresas Tecnológicas: Un Desafío Dual

Con el crecimiento de las criptomonedas y la IA, los centros de datos de las grandes empresas tecnológicas han aumentado considerablemente. La IEA estima que en 2022, Estados Unidos contaba con 2700 centros de datos que consumieron el 4% de la electricidad nacional, y se prevé que esta cifra alcance el 6% en 2026. La escasez de terrenos en las costas este y oeste ha impulsado la migración de los centros de datos hacia el centro del país, donde el suministro eléctrico podría ser insuficiente.

Algunas empresas están intentando independizarse de la red eléctrica comprando energía directamente de pequeñas centrales nucleares, un proceso que requiere complejos trámites administrativos. Microsoft está utilizando la IA para facilitar estas solicitudes, mientras que Google utiliza la IA para optimizar la programación de tareas, mejorando la eficiencia de la red y reduciendo las emisiones de carbono. Sin embargo, la aplicación comercial de la fusión nuclear controlada sigue siendo incierta.

El Cambio Climático: Un Factor Agravante

La IA requiere una red eléctrica estable y robusta, pero los eventos climáticos extremos están aumentando la vulnerabilidad de muchas redes. El calentamiento global provoca fenómenos meteorológicos extremos más frecuentes, lo que incrementa la demanda de electricidad, ejerce presión sobre las redes y daña las infraestructuras. La IEA ha reportado una disminución en la producción de energía hidroeléctrica en 2023, debido a sequías, falta de precipitaciones y deshielo temprano, alcanzando su nivel más bajo en treinta años, por debajo del 40%.

El gas natural, a menudo considerado como un puente hacia las energías renovables, es vulnerable a condiciones climáticas extremas. En 2021, una ola de frío en Texas causó apagones masivos, con algunos hogares sin electricidad durante más de 70 horas. Una de las principales causas fue la congelación de las tuberías de gas natural, que paralizó las centrales eléctricas.

La North American Electric Reliability Corporation (NERC) predice que, entre 2024 y 2028, más de tres millones de personas en Estados Unidos y Canadá enfrentarán un riesgo creciente de apagones. Para garantizar la seguridad energética y reducir las emisiones, muchos países consideran la energía nuclear como una medida de transición. En la COP 28 de diciembre de 2023, 22 países se comprometieron a triplicar la capacidad de energía nuclear para 2050. Con el auge de la construcción nuclear en países como China e India, la IEA pronostica que la producción global de energía nuclear alcanzará un récord en 2025.

La IEA subraya la importancia de "aumentar la diversidad energética, mejorar la capacidad de las redes para la gestión interregional y adoptar métodos de generación más resistentes al clima cambiante". La protección de la infraestructura de la red eléctrica no solo es crucial para el desarrollo de la IA, sino también para el bienestar de las naciones.