Il Consumo Energetico dell'IA: Una Sfida Crescente

Negli ultimi anni, il rapido sviluppo dell'intelligenza artificiale (IA) ha suscitato ampie discussioni, con una questione centrale riguardante il suo notevole consumo di energia. Alcuni scherzano dicendo che l'IA potrebbe non sostituire completamente gli esseri umani solo quando l'elettricità sarà più costosa del pane, ma dietro questo scherzo si cela una realtà innegabile nello sviluppo dell'IA: l'alto consumo energetico potrebbe diventare un ostacolo alla sua crescita. L'ex ingegnere di Google, Kyle Corbitt, ha rivelato sui social media che Microsoft ha incontrato difficoltà con l'energia durante l'addestramento di GPT-6.

Per addestrare modelli di IA di grandi dimensioni, gli ingegneri di Microsoft stanno lavorando per costruire una rete InfiniBand, collegando GPU distribuite in diverse regioni. Questo lavoro è così complesso perché se più di 100.000 chip H100 fossero concentrati nella stessa area, la rete elettrica locale sarebbe sopraffatta, con il rischio di collasso.

Perché succede questo? Facciamo un semplice calcolo. I dati di NVIDIA mostrano che la potenza di picco per ogni chip H100 è di 700W, quindi la potenza di picco di 100.000 chip raggiungerebbe i 70 milioni di watt. Esperti del settore energetico sottolineano che un consumo energetico così elevato è equivalente all'intera produzione di una piccola centrale solare o eolica. Inoltre, dobbiamo considerare il consumo energetico delle infrastrutture di supporto come server e apparecchiature di raffreddamento. Tutti questi dispositivi di consumo energetico concentrati in una piccola area esercitano una pressione considerevole sulla rete elettrica.

Consumo Energetico dell'IA: La Punta dell'Iceberg

Un articolo del New Yorker ha suscitato grande attenzione, stimando che il consumo energetico giornaliero di ChatGPT potrebbe superare i 500.000 kWh. Nonostante ciò, l'attuale consumo energetico dell'IA è ancora inferiore rispetto a quello delle criptovalute e dei data center tradizionali. Le difficoltà incontrate dagli ingegneri di Microsoft dimostrano che lo sviluppo dell'IA non è limitato solo dal consumo energetico della tecnologia stessa, ma anche dal consumo energetico delle infrastrutture di supporto e dalla capacità di carico della rete elettrica.

Secondo un rapporto dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA), nel 2022 il consumo energetico globale di data center, intelligenza artificiale e criptovalute ha raggiunto i 460 TWh, pari a circa il 2% del consumo energetico globale. L'IEA prevede che, nel peggiore dei casi, il consumo di energia in questi settori raggiungerà i 1000 TWh entro il 2026, equivalente al consumo energetico dell'intero Giappone.

È importante notare che l'energia attualmente investita direttamente nella ricerca sull'IA è molto inferiore a quella dei data center e delle criptovalute. NVIDIA, leader nel mercato dei server IA, ha fornito circa 100.000 chip nel 2023, con un consumo energetico annuo di circa 7,3 TWh. In confronto, nel 2022 il consumo energetico delle criptovalute ha raggiunto i 110 TWh, equivalente al consumo energetico dell'intera Olanda.

Consumo Energetico per il Raffreddamento: Un Aspetto da Non Trascurare

L'efficienza energetica dei data center è solitamente misurata con l'indice di efficienza energetica (Power Usage Effectiveness, PUE), ovvero il rapporto tra tutta l'energia consumata e l'energia consumata dal carico IT. Più il valore PUE si avvicina a 1, meno energia viene sprecata dal data center. Un rapporto dell'Uptime Institute mostra che nel 2020 il valore PUE medio dei grandi data center globali era di circa 1,59. Ciò significa che per ogni kWh consumato dalle apparecchiature IT di un data center, le apparecchiature di supporto consumano 0,59 kWh.

La maggior parte del consumo energetico aggiuntivo dei data center è dedicata ai sistemi di raffreddamento. La ricerca mostra che i sistemi di raffreddamento possono consumare fino al 40% del consumo energetico totale di un data center. Con il continuo aggiornamento dei chip e l'aumento della potenza delle singole apparecchiature, la densità di potenza dei data center aumenta costantemente, ponendo maggiori esigenze di dissipazione del calore. Tuttavia, migliorando la progettazione dei data center, è possibile ridurre significativamente lo spreco di energia.

I valori PUE dei diversi data center variano notevolmente a seconda di fattori come i sistemi di raffreddamento e la progettazione strutturale. Un rapporto dell'Uptime Institute mostra che il valore PUE dei paesi europei è sceso a 1,46, mentre in Asia Pacifico più di un decimo dei data center ha un valore PUE superiore a 2,19.

Per raggiungere gli obiettivi di risparmio energetico e riduzione delle emissioni, i paesi di tutto il mondo stanno adottando misure. Ad esempio, l'Unione Europea richiede ai grandi data center di installare apparecchiature per il recupero del calore residuo; il governo degli Stati Uniti investe nella ricerca e sviluppo di semiconduttori più efficienti dal punto di vista energetico; anche il governo cinese ha introdotto politiche che richiedono ai data center di avere un valore PUE non superiore a 1,3 a partire dal 2025 e di aumentare gradualmente la quota di utilizzo di energia rinnovabile, raggiungendo il 100% entro il 2032.

Consumo Energetico delle Aziende Tecnologiche: Difficile Risparmiare, Più Difficile Innovare

Con lo sviluppo delle criptovalute e dell'IA, le dimensioni dei data center delle principali aziende tecnologiche sono in continua espansione. Secondo le statistiche dell'IEA, nel 2022 gli Stati Uniti avevano 2700 data center, che consumavano il 4% dell'elettricità nazionale, e si prevede che questa percentuale raggiungerà il 6% entro il 2026. A causa della crescente scarsità di risorse terrestri sulle coste orientali e occidentali degli Stati Uniti, i data center si stanno gradualmente spostando verso le regioni centrali, ma l'approvvigionamento di energia in queste regioni potrebbe non essere in grado di soddisfare la domanda.

Alcune aziende tecnologiche stanno cercando di liberarsi dai vincoli della rete elettrica, acquistando energia direttamente da piccole centrali nucleari, ma ciò richiede complesse procedure di approvazione amministrativa. Microsoft sta cercando di utilizzare l'IA per facilitare le richieste, mentre Google sta utilizzando l'IA per pianificare le attività di calcolo, al fine di migliorare l'efficienza operativa della rete elettrica e ridurre le emissioni di carbonio. La data in cui la fusione nucleare controllata potrà essere applicata è ancora sconosciuta.

Riscaldamento Globale: Un Problema che si Aggrava

Lo sviluppo dell'IA richiede una rete elettrica stabile e potente, ma con la frequenza crescente di eventi meteorologici estremi, le reti elettriche di molte regioni stanno diventando sempre più fragili. Il riscaldamento globale sta portando a eventi meteorologici estremi più frequenti, che non solo aumentano la domanda di elettricità e aggravano il carico sulla rete elettrica, ma colpiscono direttamente anche le infrastrutture della rete elettrica. Un rapporto dell'IEA indica che a causa della siccità, delle scarse precipitazioni e dello scioglimento precoce delle nevi, la quota globale di energia idroelettrica nel 2023 è scesa al minimo degli ultimi trent'anni, inferiore al 40%.

Il gas naturale è spesso considerato un ponte verso le energie rinnovabili, ma la sua stabilità è preoccupante in caso di condizioni meteorologiche estreme invernali. Nel 2021, un'ondata di freddo ha colpito il Texas negli Stati Uniti, causando blackout su vasta scala, con alcuni residenti senza elettricità per più di 70 ore. Una delle cause principali di questo disastro è stato il congelamento dei gasdotti, che ha portato all'arresto delle centrali elettriche a gas naturale.

Il North American Electric Reliability Corporation (NERC) prevede che tra il 2024 e il 2028, negli Stati Uniti e in Canada, più di 3 milioni di persone saranno esposte a un rischio crescente di blackout. Per garantire la sicurezza energetica e raggiungere al contempo il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni, molti paesi considerano le centrali nucleari come una misura transitoria. Alla Conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (COP 28) tenutasi nel dicembre 2023, 22 paesi hanno firmato una dichiarazione congiunta impegnandosi a triplicare la capacità di generazione di energia nucleare entro il 2050 rispetto ai livelli del 2020. Allo stesso tempo, con la forte promozione della costruzione di centrali nucleari in paesi come Cina e India, l'IEA prevede che la produzione globale di energia nucleare raggiungerà un nuovo massimo storico entro il 2025.

Il rapporto dell'IEA sottolinea: "In un contesto di modelli climatici in continua evoluzione, è fondamentale aumentare la diversità energetica, migliorare la capacità di dispacciamento interregionale della rete elettrica e adottare metodi di generazione di energia più resilienti". La protezione delle infrastrutture della rete elettrica non riguarda solo lo sviluppo della tecnologia IA, ma anche l'economia e il benessere delle persone.