האם צריכת החשמל של הבינה המלאכותית גדולה מדי?

בשנים האחרונות, ההתפתחות המהירה של הבינה המלאכותית (AI) עוררה דיונים נרחבים, כאשר אחד הנושאים המרכזיים הוא צריכת האנרגיה המדהימה שלה. ישנם אנשים שמתבדחים כי רק כאשר עלות החשמל תהיה גבוהה יותר מלחם, ייתכן שבינה מלאכותית לא תוכל להחליף לחלוטין את בני האדם, אך מאחורי הבדיחה הזו משתקפת מציאות שאי אפשר להתעלם ממנה בפיתוח הבינה המלאכותית: צריכת אנרגיה גבוהה עלולה להפוך לצוואר בקבוק המגביל את התפתחותה. קייל קורביט, מהנדס לשעבר בגוגל, חשף ברשתות החברתיות כי מיקרוסופט נתקלה בקשיים בתחום החשמל כאשר אימנה את GPT-6.

על מנת לאמן מודלים גדולים של בינה מלאכותית, המהנדסים של מיקרוסופט עובדים במרץ על בניית רשת InfiniBand, המקשרת בין מעבדים גרפיים (GPU) המפוזרים באזורים שונים. העבודה הזו כה מורכבת מכיוון שאם יותר מ-100,000 שבבי H100 ירוכזו באזור אחד, רשת החשמל המקומית לא תוכל לעמוד בעומס ותהיה בסכנת קריסה.

מדוע זה כך? בואו נבצע חישוב פשוט. נתוני NVIDIA מראים כי הספק השיא של כל שבב H100 הוא 700W, כך שצריכת החשמל של 100,000 שבבים תהיה 70 מיליון וואט. אנשי מקצוע מתחום האנרגיה מציינים כי צריכת אנרגיה כה גדולה שווה לתפוקה הכוללת של תחנת כוח סולארית או טורבינת רוח קטנה. בנוסף, עלינו לקחת בחשבון את צריכת האנרגיה של שרתים וציוד קירור נלווה. כל הציוד הצורך חשמל הזה מרוכז באזור קטן, והלחץ על רשת החשמל הוא עצום.

צריכת החשמל של AI: קצה הקרחון

מאמר ב"ניו יורקר" עורר תשומת לב נרחבת, כאשר הוא העריך כי צריכת החשמל היומית של ChatGPT עשויה לעלות על 500,000 קילוואט-שעה. למרות זאת, צריכת החשמל של AI כיום עדיין פחותה משמעותית בהשוואה למטבעות קריפטוגרפיים ומרכזי נתונים מסורתיים. הקשיים שחוו מהנדסי מיקרוסופט מעידים כי מה שמגביל את התפתחות הבינה המלאכותית אינו רק צריכת האנרגיה של הטכנולוגיה עצמה, אלא גם צריכת האנרגיה של התשתיות הנלוות ויכולת הנשיאה של רשת החשמל.

דו"ח של הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה (IEA) מראה כי בשנת 2022, צריכת החשמל של מרכזי נתונים גלובליים, בינה מלאכותית ומטבעות קריפטוגרפיים הגיעה ל-460 TWh, שהם כ-2% מצריכת האנרגיה העולמית. IEA צופה כי בתרחיש הגרוע ביותר, עד שנת 2026 צריכת החשמל בתחומים אלה תגיע ל-1000 TWh, השווה לצריכת החשמל של כל יפן.

ראוי לציין כי צריכת האנרגיה המושקעת ישירות במחקר ופיתוח של AI נמוכה בהרבה מזו של מרכזי נתונים ומטבעות קריפטוגרפיים. NVIDIA שולטת בשוק השרתים של AI, ובשנת 2023 סיפקה כ-100,000 שבבים, עם צריכת חשמל שנתית של כ-7.3 TWh. לשם השוואה, צריכת האנרגיה של מטבעות קריפטוגרפיים בשנת 2022 הגיעה ל-110 TWh, השווה לצריכת החשמל של כל הולנד.

צריכת אנרגיה לקירור: אספקט שאי אפשר להתעלם ממנו

יעילות האנרגיה של מרכזי נתונים נמדדת בדרך כלל על ידי יחס יעילות השימוש באנרגיה (PUE), שהוא היחס בין כל האנרגיה הנצרכת לבין האנרגיה הנצרכת על ידי עומס ה-IT. ככל שערך ה-PUE קרוב יותר ל-1, כך מרכז הנתונים מבזבז פחות אנרגיה. דו"ח של Uptime Institute מראה כי בשנת 2020, ערך ה-PUE הממוצע של מרכזי נתונים גדולים בעולם היה כ-1.59. משמעות הדבר היא כי על כל יחידת חשמל שציוד ה-IT במרכז הנתונים צורך, הציוד הנלווה צורך 0.59 יחידות חשמל.

מרבית צריכת האנרגיה הנוספת של מרכזי הנתונים משמשת למערכות קירור. מחקרים מראים כי האנרגיה הנצרכת על ידי מערכות קירור יכולה להגיע ל-40% מסך צריכת האנרגיה של מרכז הנתונים. ככל שהשבבים משודרגים, ההספק של כל מכשיר גדל, וצפיפות ההספק של מרכזי הנתונים עולה גם היא, מה שמציב דרישות גבוהות יותר לפיזור חום. עם זאת, על ידי שיפור עיצוב מרכזי הנתונים, ניתן להפחית משמעותית את בזבוז האנרגיה.

ערכי ה-PUE של מרכזי נתונים שונים משתנים במידה רבה, בהתאם למערכות הקירור והעיצוב המבני וגורמים נוספים. דו"ח של Uptime Institute מראה כי ערך ה-PUE במדינות אירופה ירד ל-1.46, בעוד שבאזור אסיה-פסיפיק עדיין יש יותר מעשירית ממכוני הנתונים עם ערך PUE מעל 2.19.

על מנת להשיג את מטרות החיסכון באנרגיה והפחתת הפליטות, מדינות ברחבי העולם נוקטות באמצעים. לדוגמה, האיחוד האירופי דורש ממרכזי נתונים גדולים להתקין ציוד להשבת חום פסולת; ממשלת ארה"ב משקיעה במחקר ופיתוח של מוליכים למחצה יעילים יותר; ממשלת סין גם הוציאה מדיניות המחייבת מרכזי נתונים להשיג ערך PUE שלא יעלה על 1.3 החל משנת 2025, ולהעלות בהדרגה את שיעור השימוש באנרגיה מתחדשת, עד ל-100% בשנת 2032.

צריכת החשמל של חברות טכנולוגיה: קשה לחסוך, קשה עוד יותר לייצר

עם התפתחות המטבעות הקריפטוגרפיים והבינה המלאכותית, היקף מרכזי הנתונים של חברות הטכנולוגיה הגדולות ממשיך להתרחב. על פי נתוני IEA, בשנת 2022 היו בארה"ב 2,700 מרכזי נתונים שצרכו 4% מהחשמל של המדינה, וצפוי כי שיעור זה יגיע ל-6% בשנת 2026. מכיוון שמשאבי הקרקע בחוף המזרחי והמערבי של ארה"ב הולכים ומתמעטים, מרכזי הנתונים עוברים בהדרגה לאזורים המרכזיים, אך ייתכן כי אספקת החשמל באזורים אלה לא תוכל לעמוד בדרישה.

חלק מחברות הטכנולוגיה מנסות להיפטר מכבלי רשת החשמל ולקנות חשמל ישירות מתחנות כוח גרעיניות קטנות, אך הדבר מצריך הליכי אישור מורכבים. מיקרוסופט מנסה להשתמש בבינה מלאכותית כדי לסייע בהשלמת הבקשה, ואילו גוגל משתמשת בבינה מלאכותית כדי לבצע תזמון משימות חישוביות, על מנת לשפר את יעילות הפעולה של רשת החשמל ולהפחית את פליטת הפחמן. באשר לשאלה מתי ניתן יהיה ליישם היתוך גרעיני מבוקר, עדיין מדובר בסימן שאלה.

התחממות כדור הארץ: שמן למדורה

התפתחות הבינה המלאכותית זקוקה לתמיכה יציבה וחזקה של רשת החשמל, אך עם התרחשותם התכופה של אירועי מזג אוויר קיצוניים, רשתות החשמל באזורים רבים הופכות לפגיעות יותר. התחממות כדור הארץ גורמת לאירועי מזג אוויר קיצוניים להתרחש בתדירות גבוהה יותר, דבר שלא רק מגביר את הביקוש לחשמל ומכביד על רשת החשמל, אלא גם פוגע ישירות בתשתיות החשמל. דו"ח של IEA מציין כי בשל השפעות של בצורת, מחסור בגשמים והמסת שלג מוקדמת, בשנת 2023 ירד שיעור ייצור החשמל ההידרואלקטרי העולמי לשפל של שלושים שנה, כאשר הוא עמד על פחות מ-40%.

גז טבעי נחשב בדרך כלל כגשר למעבר לאנרגיה מתחדשת, אך יציבותו מעוררת דאגה במזג אוויר קיצוני בחורף. בשנת 2021, גל קור פגע במדינת טקסס בארה"ב, וגרם להפסקות חשמל נרחבות, כאשר חלק מהתושבים סבלו מהפסקות חשמל במשך יותר מ-70 שעות. אחת הסיבות העיקריות לאסון זה הייתה קפיאה של צינורות הגז הטבעי, שגרמה להשבתת תחנות כוח הפועלות על גז טבעי.

המועצה הצפון אמריקאית לאמינות החשמל (NERC) צופה כי בשנים 2024-2028, יותר משלושה מיליון בני אדם בארה"ב וקנדה יתמודדו עם סיכון גובר להפסקות חשמל. על מנת להבטיח את ביטחון האנרגיה, ובמקביל להשיג חיסכון באנרגיה והפחתת פליטות, מדינות רבות רואות בתחנות כוח גרעיניות אמצעי מעבר. בוועידת האו"ם לשינויי אקלים (COP 28) שהתקיימה בדצמבר 2023, חתמו 22 מדינות על הצהרה משותפת, בה התחייבו להגדיל את כושר ייצור החשמל הגרעיני פי 3 עד שנת 2050 בהשוואה לרמתו בשנת 2020. במקביל, עם קידום נמרץ של בניית תחנות כוח גרעיניות בסין, הודו ומדינות נוספות, IEA צופה כי עד שנת 2025, ייצור החשמל הגרעיני העולמי יגיע לשיא היסטורי.

דו"ח של IEA מדגיש: "במצבי אקלים משתנים, הגדלת הגיוון האנרגטי, שיפור היכולת של רשת החשמל לתזמן בין אזורים ואימוץ שיטות ייצור חשמל עמידות יותר הופכים חיוניים ביותר." הבטחת תשתית רשת החשמל אינה קשורה רק להתפתחות טכנולוגיית הבינה המלאכותית, אלא גם לרווחת המדינה והעם.