Je, matumizi ya umeme ya AI ni kiasi gani?

Je, Matumizi ya Umeme ya AI Yana Kiasi Gani?

Katika miaka ya hivi karibuni, maendeleo ya haraka ya akili bandia (AI) yamesababisha mijadala mingi, na mojawapo ya masuala muhimu ni matumizi yake ya kushangaza ya nishati. Watu wamekuwa wakitania kwamba AI haitaweza kuchukua nafasi ya binadamu kabisa hadi gharama ya umeme itakapokuwa kubwa kuliko gharama ya mkate. Hata hivyo, mzaha huu unaonyesha ukweli usiopuuzika katika maendeleo ya AI: matumizi makubwa ya nishati yanaweza kuwa kikwazo katika maendeleo yake. Mhandisi wa zamani wa Google, Kyle Corbitt, alifichua kwenye mitandao ya kijamii kwamba Microsoft ilikumbana na matatizo ya umeme wakati wa kufunza GPT-6.

Ili kufunza miundo mikubwa ya AI, wahandisi wa Microsoft wanafanya kazi kwa bidii kujenga mtandao wa InfiniBand, unaounganisha GPU zilizosambazwa katika maeneo tofauti. Kazi hii ni ngumu sana kwa sababu ikiwa zaidi ya chipu 100,000 za H100 zitawekwa katika eneo moja, gridi ya umeme ya eneo hilo itazidiwa na kukabiliwa na hatari ya kuporomoka.

Kwa nini hii inatokea? Hebu tufanye hesabu rahisi. Data kutoka NVIDIA inaonyesha kuwa nguvu ya kilele ya kila chipu ya H100 ni 700W, kwa hivyo matumizi ya kilele ya nguvu ya chipu 100,000 itakuwa hadi wati milioni 70. Wataalamu wa sekta ya nishati wanasema kuwa matumizi haya makubwa ya nishati ni sawa na pato lote la mtambo mdogo wa kuzalisha umeme wa jua au upepo. Kwa kuongezea, lazima pia tuzingatie matumizi ya nishati ya seva na vifaa vya kupoeza. Vifaa hivi vyote vya matumizi ya nishati vikiwa vimejilimbikizia katika eneo dogo, shinikizo kwenye gridi ya umeme ni kubwa sana.

Matumizi ya Umeme ya AI: Sehemu Ndogo ya Mlima wa Barafu

Ripoti kutoka The New Yorker ilizua mjadala mkubwa, ikikadiria kuwa ChatGPT inaweza kutumia zaidi ya 500,000 kWh ya umeme kwa siku. Hata hivyo, matumizi ya umeme ya AI kwa sasa bado hayalingani na matumizi ya sarafu za kidijitali na vituo vya data vya jadi. Matatizo ambayo wahandisi wa Microsoft wanakumbana nayo yanaonyesha kwamba kikwazo katika maendeleo ya AI sio tu matumizi ya nishati ya teknolojia yenyewe, bali pia matumizi ya nishati ya miundombinu saidizi na uwezo wa gridi ya umeme.

Ripoti ya Shirika la Kimataifa la Nishati (IEA) inaonyesha kuwa matumizi ya umeme ya vituo vya data, akili bandia, na sarafu za kidijitali yalifikia 460 TWh mwaka 2022, ambayo ni takriban 2% ya matumizi ya nishati ya kimataifa. IEA inatabiri kwamba katika hali mbaya zaidi, matumizi ya umeme katika maeneo haya yatafikia 1000 TWh ifikapo mwaka 2026, ambayo ni sawa na matumizi yote ya umeme ya Japan.

Ni muhimu kuzingatia kwamba matumizi ya nishati yanayowekezwa moja kwa moja katika utafiti wa AI kwa sasa ni ya chini sana kuliko yale ya vituo vya data na sarafu za kidijitali. NVIDIA inatawala soko la seva za AI, ikisambaza takriban chipu 100,000 mwaka 2023, na matumizi ya umeme ya kila mwaka ya takriban 7.3 TWh. Kwa kulinganisha, matumizi ya nishati ya sarafu za kidijitali yalikuwa hadi 110 TWh mwaka 2022, ambayo ni sawa na matumizi yote ya umeme ya Uholanzi.

Matumizi ya Nishati ya Kupoeza: Jambo Lisilopuuzwa

Ufanisi wa nishati wa kituo cha data kawaida hupimwa kwa uwiano wa ufanisi wa matumizi ya nguvu (Power Usage Effectiveness, PUE), ambayo ni uwiano wa nishati yote inayotumiwa na nishati inayotumiwa na mzigo wa IT. Kadiri thamani ya PUE inavyokaribia 1, ndivyo nishati kidogo inapotezwa na kituo cha data. Ripoti kutoka Uptime Institute inaonyesha kwamba thamani ya wastani ya PUE ya vituo vikubwa vya data duniani ilikuwa takriban 1.59 mwaka 2020. Hii inamaanisha kuwa kwa kila kitengo cha umeme kinachotumiwa na vifaa vya IT vya kituo cha data, vifaa vyake saidizi hutumia vitengo 0.59 vya umeme.

Sehemu kubwa ya matumizi ya ziada ya nishati ya vituo vya data hutumiwa na mifumo ya kupoeza. Utafiti unaonyesha kuwa mifumo ya kupoeza hutumia hadi 40% ya matumizi yote ya nishati ya kituo cha data. Kadiri chipu zinavyoboreshwa, nguvu ya vifaa vya pekee huongezeka, na msongamano wa nguvu wa vituo vya data pia huongezeka, na kuweka mahitaji ya juu ya usambazaji wa joto. Hata hivyo, kwa kuboresha muundo wa vituo vya data, upotevu wa nishati unaweza kupunguzwa kwa kiasi kikubwa.

Thamani za PUE za vituo tofauti vya data hutofautiana sana, kulingana na mambo kama vile mifumo ya kupoeza na muundo wa majengo. Ripoti ya Uptime Institute inaonyesha kuwa thamani za PUE za nchi za Ulaya zimeshuka hadi 1.46, huku zaidi ya moja ya kumi ya vituo vya data katika kanda ya Asia-Pasifiki bado vina thamani ya PUE ya zaidi ya 2.19.

Ili kufikia malengo ya kuokoa nishati na kupunguza uzalishaji wa gesi chafuzi, nchi duniani kote zinachukua hatua. Kwa mfano, Umoja wa Ulaya unahitaji vituo vikubwa vya data kufunga vifaa vya kurejesha joto; serikali ya Marekani inawekeza katika utafiti wa semiconductors zenye ufanisi zaidi wa nishati; na serikali ya China pia imetoa sera zinazohitaji vituo vya data kuwa na thamani ya PUE isiyozidi 1.3 kuanzia 2025, na kuongeza hatua kwa hatua uwiano wa matumizi ya nishati mbadala, kufikia 100% ifikapo 2032.

Matumizi ya Umeme ya Makampuni ya Teknolojia: Kupunguza Matumizi Ni Vigumu, Kuongeza Vyanzo Ni Vigumu Zaidi

Pamoja na maendeleo ya sarafu za kidijitali na AI, ukubwa wa vituo vya data vya makampuni makuu ya teknolojia unaendelea kupanuka. Kulingana na takwimu za IEA, Marekani ilikuwa na vituo 2,700 vya data mwaka 2022, ikitumia 4% ya umeme wote wa taifa, na inatarajiwa kwamba uwiano huu utafikia 6% ifikapo 2026. Kutokana na uhaba wa rasilimali za ardhi katika pwani ya mashariki na magharibi ya Marekani, vituo vya data vinahamia hatua kwa hatua katika maeneo ya kati, lakini usambazaji wa umeme katika maeneo haya huenda usitosheleze mahitaji.

Baadhi ya makampuni ya teknolojia yanajaribu kujiondoa kwenye mtego wa gridi ya umeme kwa kununua umeme moja kwa moja kutoka kwa mitambo midogo ya nyuklia, lakini hii inahitaji taratibu ngumu za idhini ya kiutawala. Microsoft inajaribu kutumia AI kusaidia kukamilisha maombi, huku Google ikitumia AI kupanga kazi za kompyuta ili kuboresha ufanisi wa uendeshaji wa gridi ya umeme na kupunguza uzalishaji wa kaboni. Kuhusu lini fusion inayodhibitiwa ya nyuklia itaweza kutumika, kwa sasa bado haijulikani.

Mabadiliko ya Tabianchi: Kuongeza Tatizo

Maendeleo ya AI yanahitaji gridi ya umeme thabiti na yenye nguvu, lakini kadiri matukio mabaya ya hali ya hewa yanavyozidi kutokea mara kwa mara, gridi za umeme katika maeneo mengi zinazidi kuwa hatarini. Mabadiliko ya tabianchi yanasababisha matukio mabaya ya hali ya hewa kutokea mara kwa mara zaidi, ambayo sio tu kwamba huongeza mahitaji ya umeme na kuongeza mzigo kwenye gridi ya umeme, lakini pia huathiri moja kwa moja vifaa vya gridi ya umeme. Ripoti ya IEA inaonyesha kwamba kutokana na ukame, ukosefu wa mvua, na kuyeyuka mapema kwa theluji, sehemu ya uzalishaji wa umeme wa maji duniani ilishuka hadi kiwango cha chini kabisa katika miongo mitatu mwaka 2023, ikiwa chini ya 40%.

Gesi asilia mara nyingi huonekana kama daraja la mpito kuelekea nishati mbadala, lakini uthabiti wake unatia wasiwasi wakati wa hali mbaya ya hewa ya baridi. Mnamo mwaka 2021, wimbi baridi lilipiga Texas, Marekani, na kusababisha kukatika kwa umeme kwa wingi, huku baadhi ya wakazi wakikosa umeme kwa zaidi ya saa 70. Moja ya sababu kuu za janga hili ni kufungia kwa mabomba ya gesi asilia, na kusababisha mitambo ya kuzalisha umeme wa gesi asilia kusimama.

Baraza la Uaminifu wa Umeme wa Amerika Kaskazini (NERC) linatabiri kwamba kati ya 2024 na 2028, zaidi ya watu milioni 3 nchini Marekani na Kanada watakabiliwa na hatari kubwa ya kukatika kwa umeme. Ili kuhakikisha usalama wa nishati, huku pia ikifanikisha kuokoa nishati na kupunguza uzalishaji wa gesi chafuzi, nchi nyingi zinaona mitambo ya nyuklia kama hatua ya mpito. Katika Mkutano wa Umoja wa Mataifa wa Mabadiliko ya Tabianchi (COP 28) uliofanyika Desemba 2023, nchi 22 zilitia saini tamko la pamoja, zikiahidi kuongeza uwezo wa kuzalisha umeme wa nyuklia hadi mara 3 ya kiwango cha 2020 ifikapo 2050. Wakati huo huo, huku nchi kama China na India zikiendeleza ujenzi wa mitambo ya nyuklia kwa nguvu, IEA inatabiri kwamba ifikapo 2025, uzalishaji wa umeme wa nyuklia duniani utafikia kiwango cha juu kabisa katika historia.

Ripoti ya IEA inasisitiza: "Katika mifumo ya tabianchi inayobadilika, ni muhimu sana kuongeza utofauti wa nishati, kuboresha uwezo wa gridi ya umeme wa kusambaza nishati katika maeneo mbalimbali, na kuchukua njia za kuzalisha umeme ambazo ni sugu zaidi." Kulinda miundombinu ya gridi ya umeme sio tu muhimu kwa maendeleo ya teknolojia ya AI, bali pia ni muhimu kwa maisha ya kitaifa na ustawi wa watu.