L'impact énergétique de l'IA : une analyse approfondie

L'appétit énergétique de l'intelligence artificielle : un défi croissant

L'intelligence artificielle (IA) connaît un essor fulgurant, suscitant un débat animé, notamment sur sa consommation énergétique considérable. Certains plaisantent en disant que l'IA ne pourra remplacer l'homme que lorsque l'électricité coûtera plus cher que le pain. Cette boutade illustre un enjeu majeur : la forte demande en énergie pourrait freiner le développement de l'IA. Un ancien ingénieur de Google, Kyle Corbitt, a révélé sur les réseaux sociaux que Microsoft avait rencontré des difficultés liées à l'alimentation électrique lors de l'entraînement de GPT-6.

Pour entraîner des modèles d'IA de grande envergure, les ingénieurs de Microsoft construisent des réseaux InfiniBand, connectant des GPU dispersés géographiquement. Cette complexité est due au fait que le déploiement de plus de 100 000 puces H100 dans une seule région pourrait surcharger le réseau électrique local et provoquer son effondrement.

Calcul de la consommation : une puissance colossale

Pourquoi une telle consommation ? Faisons un calcul simple. Selon Nvidia, chaque puce H100 consomme 700W en crête. Ainsi, 100 000 puces consommeraient 70 millions de watts. Des experts du secteur de l'énergie estiment que cette consommation équivaut à la production d'une petite centrale solaire ou éolienne. Il faut également considérer la consommation des serveurs et des systèmes de refroidissement. L'ensemble de ces équipements, concentrés dans une zone restreinte, exerce une pression considérable sur le réseau électrique.

La consommation de l'IA : la partie émergée de l'iceberg

Un article du New Yorker a estimé que ChatGPT consommerait plus de 500 000 kWh par jour. Cependant, la consommation de l'IA reste inférieure à celle des cryptomonnaies et des centres de données traditionnels. Les difficultés rencontrées par Microsoft montrent que le développement de l'IA est limité non seulement par sa consommation, mais aussi par celle des infrastructures associées et la capacité du réseau électrique.

L'Agence Internationale de l'Énergie (AIE) indique que la consommation des centres de données, de l'IA et des cryptomonnaies a atteint 460 TWh en 2022, soit 2 % de la consommation mondiale. L'AIE prévoit que, dans le pire des cas, cette consommation atteindra 1000 TWh en 2026, l'équivalent de la consommation du Japon.

Il est important de noter que la consommation liée à la recherche en IA est inférieure à celle des centres de données et des cryptomonnaies. Nvidia, leader du marché des serveurs d'IA, a livré environ 100 000 puces en 2023, avec une consommation annuelle d'environ 7,3 TWh. En comparaison, la consommation des cryptomonnaies a atteint 110 TWh en 2022, soit l'équivalent de la consommation des Pays-Bas.

Le refroidissement : un facteur de consommation important

L'efficacité énergétique des centres de données est mesurée par le Power Usage Effectiveness (PUE), soit le rapport entre la consommation totale et la consommation des équipements informatiques. Un PUE proche de 1 indique une faible perte d'énergie. Selon Uptime Institute, le PUE moyen des grands centres de données était de 1,59 en 2020. Cela signifie que pour chaque kWh consommé par les équipements informatiques, 0,59 kWh est consommé par les équipements auxiliaires.

La majorité de cette consommation supplémentaire est liée au système de refroidissement. Des études montrent que le refroidissement peut représenter jusqu'à 40 % de la consommation totale d'un centre de données. Avec l'amélioration des puces et l'augmentation de la densité de puissance, les besoins en refroidissement sont de plus en plus importants. Cependant, des améliorations dans la conception des centres de données peuvent réduire considérablement les pertes d'énergie.

Les valeurs de PUE varient considérablement en fonction des systèmes de refroidissement et de la conception des centres. Uptime Institute indique que le PUE en Europe est descendu à 1,46, tandis que plus de 10 % des centres de données en Asie-Pacifique ont un PUE supérieur à 2,19.

Initiatives mondiales pour réduire la consommation

Diverses mesures sont prises dans le monde pour réduire la consommation d'énergie. L'Union Européenne exige l'installation de systèmes de récupération de chaleur dans les grands centres de données. Le gouvernement américain investit dans la recherche de semi-conducteurs plus efficaces. La Chine a également mis en place des politiques pour limiter le PUE des centres de données à 1,3 d'ici 2025 et pour augmenter l'utilisation d'énergies renouvelables, avec un objectif de 100 % d'ici 2032.

Les entreprises technologiques face à la demande croissante

Avec l'essor des cryptomonnaies et de l'IA, les centres de données des grandes entreprises technologiques ne cessent de croître. Selon l'AIE, les États-Unis comptaient 2700 centres de données en 2022, consommant 4 % de l'électricité du pays. Ce chiffre devrait atteindre 6 % d'ici 2026. En raison de la pénurie de terrains sur les côtes est et ouest, les centres de données se déplacent vers le centre du pays, où l'offre en électricité pourrait ne pas suffire.

Certaines entreprises cherchent à s'affranchir du réseau électrique en achetant directement de l'électricité à de petites centrales nucléaires, mais les procédures administratives sont complexes. Microsoft utilise l'IA pour faciliter les demandes et Google utilise l'IA pour optimiser la gestion des tâches et réduire l'empreinte carbone. Quant à la fusion nucléaire contrôlée, sa mise en œuvre reste incertaine.

Le changement climatique : un facteur aggravant

Le développement de l'IA nécessite un réseau électrique stable et puissant. Cependant, les événements climatiques extrêmes fragilisent de plus en plus les réseaux. Le réchauffement climatique augmente la fréquence de ces événements, ce qui accroît la demande en électricité et exerce une pression supplémentaire sur les réseaux. L'AIE indique que la production hydroélectrique mondiale a atteint son plus bas niveau en 30 ans en 2023, en raison de la sécheresse, des faibles précipitations et de la fonte précoce des neiges.

Le gaz naturel est souvent considéré comme une source d'énergie de transition vers les énergies renouvelables, mais sa stabilité est remise en question lors d'événements climatiques extrêmes. En 2021, une vague de froid a frappé le Texas, provoquant des coupures de courant massives, certaines durant plus de 70 heures. L'une des principales causes était le gel des conduites de gaz, entraînant l'arrêt des centrales.

Le North American Electric Reliability Corporation (NERC) prévoit que plus de 3 millions de personnes aux États-Unis et au Canada seront confrontées à un risque croissant de coupures de courant entre 2024 et 2028. Pour garantir la sécurité énergétique et réduire les émissions, de nombreux pays considèrent l'énergie nucléaire comme une solution de transition. Lors de la COP28 en décembre 2023, 22 pays se sont engagés à tripler la production d'énergie nucléaire d'ici 2050 par rapport à 2020. Avec les investissements de la Chine et de l'Inde, l'AIE prévoit un niveau record de production d'énergie nucléaire d'ici 2025.

L'AIE souligne qu'il est essentiel "d'accroître la diversité énergétique, d'améliorer la capacité de répartition du réseau à travers les régions et d'adopter des modes de production plus résistants aux chocs dans un contexte de changement climatique". La protection de l'infrastructure électrique est essentielle non seulement pour le développement de l'IA, mais aussi pour la vie quotidienne.