Preocupações com o Consumo de Energia da IA: Uma Análise Detalhada

O Enorme Apetite Energético da Inteligência Artificial

A inteligência artificial (IA) tem evoluído a um ritmo sem precedentes, transformando diversos setores e a nossa vida quotidiana. No entanto, esta rápida expansão levanta preocupações consideráveis sobre o seu consumo energético. Algumas vozes chegam a brincar, dizendo que só quando a eletricidade for mais cara que o pão é que a IA poderá não substituir os humanos, mas esta piada sublinha uma realidade crucial: o elevado consumo de energia pode tornar-se um gargalo para o desenvolvimento da IA. Um ex-engenheiro da Google, Kyle Corbitt, revelou nas redes sociais que a Microsoft enfrentou dificuldades com a energia durante o treino do GPT-6.

Para treinar modelos de IA de grande escala, os engenheiros da Microsoft estão a construir redes InfiniBand para conectar GPUs distribuídas por várias regiões. Esta tarefa é complexa porque, se mais de 100.000 chips H100 fossem concentrados numa única área, a rede elétrica local poderia ficar sobrecarregada, correndo o risco de colapso.

Mas por que razão acontece isto? Vamos fazer um cálculo simples. Segundo dados da NVIDIA, cada chip H100 tem um consumo máximo de 700W, o que significa que 100.000 chips terão um consumo máximo de 70 milhões de watts. Especialistas do setor energético afirmam que este consumo é equivalente à produção total de uma pequena central solar ou eólica. Para além disso, devemos também considerar o consumo de energia dos servidores, equipamentos de refrigeração e outras infraestruturas de apoio. Concentrar todos estes equipamentos de alta potência numa pequena área coloca uma pressão significativa sobre a rede elétrica.

O Consumo de Energia da IA: A Ponta do Iceberg

Um artigo do The New Yorker estimou que o ChatGPT pode consumir mais de 500.000 kWh por dia. Apesar disso, o consumo de energia da IA é atualmente inferior ao das criptomoedas e dos data centers tradicionais. As dificuldades enfrentadas pelos engenheiros da Microsoft indicam que a limitação ao desenvolvimento da IA não é apenas o consumo de energia da tecnologia em si, mas também o consumo de energia da infraestrutura de suporte e a capacidade da rede elétrica.

Um relatório da Agência Internacional de Energia (IEA) revelou que, em 2022, o consumo de energia global de data centers, inteligência artificial e criptomoedas atingiu 460 TWh, cerca de 2% do consumo global de energia. A IEA prevê que, no pior cenário, o consumo de energia nestas áreas poderá atingir 1000 TWh até 2026, o equivalente ao consumo de energia de todo o Japão.

É importante notar que o consumo de energia diretamente investido na investigação da IA é atualmente muito inferior ao dos data centers e das criptomoedas. A NVIDIA, líder no mercado de servidores de IA, forneceu cerca de 100.000 chips em 2023, com um consumo energético anual de aproximadamente 7,3 TWh. Em comparação, o consumo de energia das criptomoedas atingiu 110 TWh em 2022, o equivalente ao consumo de energia de toda a Holanda.

O Consumo de Energia da Refrigeração: Um Fator Crucial

A eficiência energética dos data centers é geralmente medida pela Razão de Eficiência do Uso de Energia (PUE), que é a razão entre toda a energia consumida e a energia consumida pela carga de TI. Quanto mais próximo de 1 for o valor da PUE, menos energia é desperdiçada pelo data center. Um relatório do Uptime Institute revelou que o valor médio global da PUE para grandes data centers foi de cerca de 1,59 em 2020. Isto significa que, para cada 1 kWh de eletricidade consumido pelos equipamentos de TI de um data center, os seus equipamentos de suporte consomem 0,59 kWh.

Grande parte do consumo extra de energia nos data centers é utilizada para sistemas de refrigeração. Estudos mostram que os sistemas de refrigeração podem consumir até 40% do consumo total de energia de um data center. À medida que os chips são atualizados e a potência de cada dispositivo aumenta, a densidade de potência dos data centers também está a aumentar, o que coloca maiores exigências em termos de dissipação de calor. No entanto, ao melhorar o design dos data centers, é possível reduzir significativamente o desperdício de energia.

Os valores da PUE variam muito entre os diferentes data centers, dependendo de fatores como sistemas de refrigeração e design estrutural. Um relatório do Uptime Institute revelou que os valores da PUE na Europa já diminuíram para 1,46, enquanto mais de um décimo dos data centers na região da Ásia-Pacífico ainda têm valores da PUE superiores a 2,19.

Para alcançar as metas de conservação de energia e redução de emissões, os países de todo o mundo estão a tomar medidas. Por exemplo, a União Europeia exige que os grandes data centers instalem equipamentos de recuperação de calor residual; o governo dos EUA está a investir na investigação e desenvolvimento de semicondutores mais eficientes em termos energéticos; e o governo chinês também introduziu políticas que exigem que os data centers tenham um valor da PUE não superior a 1,3 a partir de 2025, aumentando gradualmente a proporção de uso de energia renovável para 100% até 2032.

O Consumo de Energia das Empresas de Tecnologia: Difícil de Reduzir, Mais Difícil de Aumentar

Com o desenvolvimento das criptomoedas e da IA, a escala dos data centers das principais empresas de tecnologia continua a aumentar. De acordo com estatísticas da IEA, os EUA tinham 2700 data centers em 2022, consumindo 4% da eletricidade do país, e espera-se que este número atinja 6% até 2026. Devido à crescente escassez de terrenos nas costas leste e oeste dos EUA, os data centers estão gradualmente a mudar-se para as regiões centrais, mas o fornecimento de energia nestas regiões pode não ser suficiente para satisfazer a procura.

Algumas empresas de tecnologia estão a tentar libertar-se das restrições da rede elétrica, comprando eletricidade diretamente de pequenas centrais nucleares, mas isto requer processos de aprovação administrativa complexos. A Microsoft está a tentar usar a IA para ajudar a concluir as aplicações, enquanto a Google está a usar a IA para agendar tarefas computacionais, de forma a melhorar a eficiência operacional da rede elétrica e reduzir as emissões de carbono. Quanto à altura em que a fusão nuclear controlada poderá ser aplicada, ainda é desconhecida.

Aquecimento Global: A Agravante

O desenvolvimento da IA requer uma rede elétrica estável e robusta, mas com a ocorrência frequente de eventos climáticos extremos, as redes elétricas em muitas regiões estão a tornar-se mais vulneráveis. O aquecimento global está a levar a eventos climáticos extremos mais frequentes, o que não só aumenta a procura de eletricidade e sobrecarrega a rede elétrica, mas também afeta diretamente as instalações da rede. Um relatório da IEA indicou que, devido à seca, à falta de precipitação e ao degelo precoce da neve, a proporção da produção global de energia hidrelétrica caiu para o ponto mais baixo em 30 anos em 2023, ficando abaixo dos 40%.

O gás natural é geralmente considerado uma ponte para a transição para as energias renováveis, mas a sua estabilidade é preocupante no inverno, em condições climáticas extremas. Em 2021, uma onda de frio atingiu o estado do Texas, nos EUA, provocando grandes apagões, com alguns moradores a ficarem sem energia por mais de 70 horas. Uma das principais causas deste desastre foi o congelamento dos gasodutos, o que levou à paralisação das centrais de gás natural.

A North American Electric Reliability Corporation (NERC) prevê que mais de 3 milhões de pessoas nos EUA e no Canadá enfrentarão um risco crescente de apagões entre 2024 e 2028. Para garantir a segurança energética e, ao mesmo tempo, alcançar a conservação de energia e a redução de emissões, muitos países estão a considerar as centrais nucleares como uma medida de transição. Na Conferência das Nações Unidas sobre as Mudanças Climáticas (COP 28), realizada em dezembro de 2023, 22 países assinaram uma declaração conjunta comprometendo-se a triplicar a capacidade de produção de energia nuclear até 2050, em comparação com os níveis de 2020. Ao mesmo tempo, com a China, a Índia e outros países a promoverem vigorosamente a construção de energia nuclear, a IEA prevê que a produção global de energia nuclear atingirá um máximo histórico até 2025.

O relatório da IEA enfatiza: “Num cenário de alterações climáticas, é crucial aumentar a diversidade energética, melhorar a capacidade de distribuição inter-regional da rede elétrica e adotar métodos de produção de energia mais resistentes”. Proteger a infraestrutura da rede elétrica não está apenas relacionado com o desenvolvimento da tecnologia de IA, mas também com o bem-estar nacional e o sustento das pessoas.