AI విద్యుత్ వినియోగ ఆందోళనలు: ఎంత శక్తిని AI వినియోగిస్తుంది?

AI యొక్క విద్యుత్ వినియోగం: ఒక అవలోకనం

ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, కృత్రిమ మేధస్సు (AI) యొక్క వేగవంతమైన అభివృద్ధి విస్తృత చర్చకు దారితీసింది. దానిలో ఒక ముఖ్యమైన అంశం దాని అపారమైన శక్తి వినియోగం. ఒక జోక్ ప్రకారం, విద్యుత్ ధర రొట్టె ధర కంటే ఎక్కువ అయినప్పుడు మాత్రమే AI మానవులను పూర్తిగా భర్తీ చేయలేకపోవచ్చు. కానీ ఈ జోక్ వెనుక AI అభివృద్ధిలో ఒక ముఖ్యమైన వాస్తవం ఉంది: అధిక శక్తి వినియోగం దాని అభివృద్ధికి అవరోధంగా మారుతుంది. గూగుల్ మాజీ ఇంజనీర్ కైల్ కోర్బిట్ సోషల్ మీడియాలో మైక్రోసాఫ్ట్ GPT-6 శిక్షణ సమయంలో విద్యుత్ సమస్యలను ఎదుర్కొందని వెల్లడించారు.

పెద్ద AI నమూనాలను శిక్షణ చేయడానికి, మైక్రోసాఫ్ట్ ఇంజనీర్లు వివిధ ప్రాంతాలలో ఉన్న GPUలను అనుసంధానించడానికి InfiniBand నెట్‌వర్క్‌ను నిర్మించడానికి కృషి చేస్తున్నారు. ఈ పని చాలా సంక్లిష్టంగా ఉండటానికి కారణం ఏమిటంటే, 100,000 కంటే ఎక్కువ H100 చిప్‌లను ఒకే ప్రాంతంలో కేంద్రీకరిస్తే, స్థానిక విద్యుత్ గ్రిడ్ అధిక భారాన్ని మోయలేక కుప్పకూలిపోయే ప్రమాదం ఉంది.

ఇది ఎందుకు జరుగుతుంది? ఒక సాధారణ లెక్కింపు చేద్దాం. Nvidia డేటా ప్రకారం, ప్రతి H100 చిప్ యొక్క గరిష్ట శక్తి 700W, కాబట్టి 100,000 చిప్‌ల గరిష్ట శక్తి వినియోగం 70 మిలియన్ వాట్స్ అవుతుంది. శక్తి పరిశ్రమ నిపుణులు ఈ భారీ శక్తి వినియోగం ఒక చిన్న సౌర లేదా పవన విద్యుత్ ప్లాంట్ మొత్తం ఉత్పత్తికి సమానమని పేర్కొన్నారు. అదనంగా, సర్వర్లు మరియు శీతలీకరణ పరికరాలు వంటి సహాయక సౌకర్యాల శక్తి వినియోగాన్ని కూడా మనం పరిగణించాలి. ఈ విద్యుత్ వినియోగించే పరికరాలన్నీ ఒక చిన్న ప్రాంతంలో కేంద్రీకృతమై ఉండటంతో, విద్యుత్ గ్రిడ్‌పై ఒత్తిడి ఊహించదగినది.

AI విద్యుత్ వినియోగం: మంచుకొండ కొన

'ది న్యూయార్కర్'లో ప్రచురితమైన ఒక కథనం విస్తృత దృష్టిని ఆకర్షించింది, ఇది ChatGPT యొక్క రోజువారీ విద్యుత్ వినియోగం 500,000 kWh కంటే ఎక్కువగా ఉండవచ్చని అంచనా వేసింది. అయినప్పటికీ, AI యొక్క ప్రస్తుత విద్యుత్ వినియోగం క్రిప్టోకరెన్సీలు మరియు సాంప్రదాయ డేటా కేంద్రాలతో పోలిస్తే చాలా తక్కువ. మైక్రోసాఫ్ట్ ఇంజనీర్లు ఎదుర్కొంటున్న సమస్యలు AI అభివృద్ధికి సాంకేతికత యొక్క శక్తి వినియోగం మాత్రమే కాకుండా, సహాయక మౌలిక సదుపాయాల శక్తి వినియోగం మరియు విద్యుత్ గ్రిడ్ యొక్క సామర్థ్యం కూడా అవరోధాలుగా ఉన్నాయని సూచిస్తున్నాయి.

అంతర్జాతీయ ఇంధన సంస్థ (IEA) నివేదిక ప్రకారం, 2022లో ప్రపంచ డేటా కేంద్రాలు, కృత్రిమ మేధస్సు మరియు క్రిప్టోకరెన్సీల విద్యుత్ వినియోగం 460 TWhకి చేరుకుంది, ఇది ప్రపంచ శక్తి వినియోగంలో దాదాపు 2%. IEA అంచనా ప్రకారం, అత్యంత దారుణమైన పరిస్థితుల్లో, 2026 నాటికి ఈ రంగాలలో విద్యుత్ వినియోగం 1000 TWhకి చేరుకుంటుంది, ఇది మొత్తం జపాన్ విద్యుత్ వినియోగానికి సమానం.

గమనించదగిన విషయం ఏమిటంటే, ప్రస్తుతం AI పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిలో ప్రత్యక్షంగా ఉపయోగించే శక్తి వినియోగం డేటా కేంద్రాలు మరియు క్రిప్టోకరెన్సీల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంది. AI సర్వర్ మార్కెట్‌లో Nvidia ఆధిపత్యం చెలాయిస్తోంది మరియు 2023లో సుమారు 100,000 చిప్‌లను సరఫరా చేసింది, దీని వార్షిక విద్యుత్ వినియోగం 7.3 TWh. దీనికి విరుద్ధంగా, 2022లో క్రిప్టోకరెన్సీల శక్తి వినియోగం 110 TWh, ఇది మొత్తం నెదర్లాండ్స్ విద్యుత్ వినియోగానికి సమానం.

శీతలీకరణ శక్తి: డేటా కేంద్రాల సామర్థ్యాన్ని విస్మరించలేము

డేటా కేంద్రాల శక్తి సామర్థ్యం సాధారణంగా శక్తి వినియోగ సామర్థ్యం (PUE) ద్వారా కొలుస్తారు, ఇది వినియోగించే మొత్తం శక్తి మరియు IT లోడ్ ద్వారా వినియోగించే శక్తి యొక్క నిష్పత్తి. PUE విలువ 1కి దగ్గరగా ఉంటే, డేటా సెంటర్ తక్కువ శక్తిని వృధా చేస్తుందని అర్థం. Uptime Institute నివేదిక ప్రకారం, 2020లో ప్రపంచంలోని పెద్ద డేటా కేంద్రాల సగటు PUE విలువ సుమారు 1.59. అంటే, డేటా సెంటర్ యొక్క IT పరికరాలు ప్రతి యూనిట్ విద్యుత్‌ను వినియోగిస్తే, దాని సహాయక పరికరాలు 0.59 యూనిట్ల విద్యుత్‌ను వినియోగిస్తాయి.

డేటా కేంద్రాల అదనపు శక్తి వినియోగంలో ఎక్కువ భాగం శీతలీకరణ వ్యవస్థల కోసం ఉపయోగించబడుతుంది. పరిశోధన ప్రకారం, శీతలీకరణ వ్యవస్థలు డేటా సెంటర్ మొత్తం శక్తి వినియోగంలో 40% వరకు వినియోగిస్తాయి. చిప్‌లు నిరంతరం అప్‌గ్రేడ్ అవుతున్నందున, ఒకే పరికరం యొక్క శక్తి పెరుగుతుంది మరియు డేటా సెంటర్ యొక్క శక్తి సాంద్రత కూడా పెరుగుతుంది, ఇది వేడి వెదజల్లడానికి అధిక అవసరాలను కలిగిస్తుంది. అయితే, డేటా సెంటర్ డిజైన్‌ను మెరుగుపరచడం ద్వారా, శక్తి వృధాను గణనీయంగా తగ్గించవచ్చు.

వివిధ డేటా కేంద్రాల PUE విలువలు శీతలీకరణ వ్యవస్థలు మరియు నిర్మాణ రూపకల్పన వంటి అంశాలపై ఆధారపడి చాలా తేడా ఉంటాయి. Uptime Institute నివేదిక ప్రకారం, యూరోపియన్ దేశాల PUE విలువ 1.46కి తగ్గింది, అయితే ఆసియా-పసిఫిక్ ప్రాంతంలో ఇప్పటికీ 10% కంటే ఎక్కువ డేటా కేంద్రాల PUE విలువ 2.19 కంటే ఎక్కువగా ఉంది.

శక్తి పొదుపు మరియు ఉద్గార తగ్గింపు లక్ష్యాలను సాధించడానికి, ప్రపంచ దేశాలు చర్యలు తీసుకుంటున్నాయి. ఉదాహరణకు, యూరోపియన్ యూనియన్ పెద్ద డేటా కేంద్రాలు వ్యర్థ ఉష్ణ పునరుద్ధరణ పరికరాలను వ్యవస్థాపించాలని కోరుతోంది; US ప్రభుత్వం మరింత శక్తి-సమర్థవంతమైన సెమీకండక్టర్లను అభివృద్ధి చేయడానికి పెట్టుబడులు పెడుతోంది; చైనా ప్రభుత్వం కూడా 2025 నుండి డేటా కేంద్రాల PUE విలువ 1.3 కంటే ఎక్కువ ఉండకూడదని మరియు 2032 నాటికి పునరుత్పాదక శక్తి వినియోగాన్ని క్రమంగా పెంచాలని విధానాలను ప్రవేశపెట్టింది.

టెక్ కంపెనీల విద్యుత్ వినియోగం: పొదుపు కష్టం, వనరులు మరింత కష్టం

క్రిప్టోకరెన్సీలు మరియు AI అభివృద్ధి చెందుతున్నందున, ప్రధాన టెక్ కంపెనీల డేటా కేంద్రాల పరిమాణం పెరుగుతూనే ఉంది. IEA గణాంకాల ప్రకారం, 2022లో USలో 2,700 డేటా సెంటర్లు ఉన్నాయి, ఇవి దేశం మొత్తం విద్యుత్‌లో 4% వినియోగిస్తున్నాయి మరియు 2026 నాటికి ఈ నిష్పత్తి 6%కి చేరుకుంటుందని అంచనా వేయబడింది. US తూర్పు మరియు పశ్చిమ తీరాలలో భూమి వనరులు క్షీణిస్తున్నందున, డేటా కేంద్రాలు క్రమంగా మధ్య ప్రాంతాలకు మారుతున్నాయి, అయితే ఈ ప్రాంతాలలో విద్యుత్ సరఫరా డిమాండ్‌ను తీర్చలేకపోవచ్చు.

కొన్ని టెక్ కంపెనీలు విద్యుత్ గ్రిడ్ నుండి విముక్తి పొందడానికి ప్రయత్నిస్తున్నాయి మరియు నేరుగా చిన్న అణు విద్యుత్ ప్లాంట్ల నుండి విద్యుత్‌ను కొనుగోలు చేస్తున్నాయి, అయితే దీనికి సంక్లిష్టమైన పరిపాలనా ఆమోద ప్రక్రియలు అవసరం. మైక్రోసాఫ్ట్ అప్లికేషన్‌లను పూర్తి చేయడానికి AIని ఉపయోగించడానికి ప్రయత్నిస్తోంది, అయితే గూగుల్ విద్యుత్ గ్రిడ్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి మరియు కార్బన్ ఉద్గారాలను తగ్గించడానికి AIని ఉపయోగించి కంప్యూటింగ్ టాస్క్‌లను షెడ్యూల్ చేస్తోంది. నియంత్రిత అణు సంలీనం ఎప్పుడు ఉపయోగంలోకి వస్తుందో ప్రస్తుతం తెలియదు.

వాతావరణ మార్పు: మరింత తీవ్రం

AI అభివృద్ధికి స్థిరమైన మరియు శక్తివంతమైన విద్యుత్ గ్రిడ్ మద్దతు అవసరం, కానీ తరచుగా సంభవించే తీవ్రమైన వాతావరణ పరిస్థితుల కారణంగా, అనేక ప్రాంతాలలో విద్యుత్ గ్రిడ్ మరింత బలహీనంగా మారుతోంది. వాతావరణ మార్పుల కారణంగా తీవ్రమైన వాతావరణ పరిస్థితులు తరచుగా సంభవిస్తున్నాయి, ఇది విద్యుత్ డిమాండ్‌ను పెంచడమే కాకుండా, విద్యుత్ గ్రిడ్ యొక్క భారాన్ని పెంచుతుంది మరియు విద్యుత్ గ్రిడ్ సౌకర్యాలను నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది. IEA నివేదిక ప్రకారం, కరువులు, తక్కువ వర్షపాతం మరియు ముందుగా మంచు కరగడం వల్ల 2023లో ప్రపంచ జలవిద్యుత్ ఉత్పత్తి 30 సంవత్సరాలలో కనిష్ట స్థాయికి పడిపోయింది, ఇది 40% కంటే తక్కువగా ఉంది.

సహజ వాయువును పునరుత్పాదక ఇంధనానికి పరివర్తన వంతెనగా పరిగణిస్తారు, అయితే శీతాకాలంలో తీవ్రమైన వాతావరణ పరిస్థితులలో దాని స్థిరత్వం ఆందోళన కలిగిస్తుంది. 2021లో, చలిగాలులు USలోని టెక్సాస్‌ను తాకాయి, దీని ఫలితంగా పెద్ద ఎత్తున విద్యుత్ అంతరాయాలు ఏర్పడ్డాయి, కొంతమంది నివాసితులు 70 గంటల కంటే ఎక్కువ సమయం పాటు విద్యుత్ లేకుండా ఉన్నారు. ఈ విపత్తుకు ప్రధాన కారణాలలో ఒకటి సహజ వాయువు పైప్‌లైన్లు గడ్డకట్టుకుపోవడం, దీనివల్ల సహజ వాయువు విద్యుత్ ప్లాంట్లు మూతపడ్డాయి.

నార్త్ అమెరికన్ ఎలక్ట్రిక్ రిలయబిలిటీ కార్పొరేషన్ (NERC) 2024-2028లో US మరియు కెనడాలో 3 మిలియన్ల కంటే ఎక్కువ మంది ప్రజలు పెరుగుతున్న విద్యుత్ అంతరాయాల ప్రమాదాన్ని ఎదుర్కొంటారని అంచనా వేసింది. శక్తి భద్రతను నిర్ధారించడానికి మరియు అదే సమయంలో శక్తి పొదుపు మరియు ఉద్గారాలను తగ్గించడానికి, అనేక దేశాలు అణు విద్యుత్ ప్లాంట్లను తాత్కాలిక చర్యగా పరిగణిస్తున్నాయి. 2023 డిసెంబర్‌లో జరిగిన UN వాతావరణ మార్పుల సమావేశం (COP 28)లో 22 దేశాలు 2050 నాటికి అణు విద్యుత్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని 2020 స్థాయికి 3 రెట్లు పెంచడానికి కట్టుబడి ఉన్నాయి. అదే సమయంలో, చైనా మరియు భారతదేశం వంటి దేశాలు అణు విద్యుత్ నిర్మాణాన్ని ముమ్మరం చేయడంతో, 2025 నాటికి ప్రపంచ అణు విద్యుత్ ఉత్పత్తి చారిత్రాత్మక గరిష్టానికి చేరుకుంటుందని IEA అంచనా వేసింది.

IEA నివేదిక నొక్కిచెప్పింది: "మారుతున్న వాతావరణ పరిస్థితులలో, శక్తి వైవిధ్యాన్ని మెరుగుపరచడం, ప్రాంతీయ విద్యుత్ గ్రిడ్‌లను మెరుగుపరచడం మరియు మరింత స్థితిస్థాపక విద్యుత్ ఉత్పత్తి పద్ధతులను అవలంబించడం చాలా అవసరం." విద్యుత్ గ్రిడ్ మౌలిక సదుపాయాలను పరిరక్షించడం AI సాంకేతికత అభివృద్ధికి మాత్రమే కాకుండా, దేశం యొక్క జీవనోపాధికి కూడా సంబంధించినది.