การใช้พลังงานของ AI: ความกังวลและผลกระทบ

การใช้พลังงานของ AI: ความกังวลที่เพิ่มขึ้น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การพัฒนาอย่างรวดเร็วของปัญญาประดิษฐ์ (AI) ได้จุดประกายให้เกิดการอภิปรายในวงกว้าง โดยประเด็นหลักประเด็นหนึ่งคือการใช้พลังงานที่น่าตกใจ มีคนกล่าวติดตลกว่า AI จะไม่สามารถเข้ามาแทนที่มนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์จนกว่าค่าไฟฟ้าจะมีราคาแพงกว่าขนมปัง แต่เรื่องตลกนี้สะท้อนถึงความเป็นจริงที่ไม่อาจมองข้ามได้ในการพัฒนา AI นั่นคือ การใช้พลังงานสูงอาจกลายเป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาของ AI Kyle Kobit อดีตวิศวกรของ Google เปิดเผยบนโซเชียลมีเดียว่า Microsoft ประสบปัญหาด้านพลังงานขณะฝึกฝน GPT-6

เพื่อฝึกฝนโมเดล AI ขนาดใหญ่ วิศวกรของ Microsoft กำลังพยายามสร้างเครือข่าย InfiniBand เพื่อเชื่อมต่อ GPU ที่กระจายอยู่ตามภูมิภาคต่างๆ งานนี้ซับซ้อนมากเนื่องจากหากมีการติดตั้งชิป H100 มากกว่า 100,000 ชิ้นในพื้นที่เดียวกัน เครือข่ายไฟฟ้าในพื้นที่จะรับภาระหนักจนอาจเสี่ยงต่อการล่มสลาย

ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น? ลองมาคำนวณอย่างง่ายๆ กันดู ข้อมูลของ Nvidia แสดงให้เห็นว่าชิป H100 แต่ละตัวมีกำลังไฟสูงสุด 700W ดังนั้นกำลังไฟสูงสุดของชิป 100,000 ตัวจะสูงถึง 70 ล้านวัตต์ ผู้ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมพลังงานชี้ให้เห็นว่าการใช้พลังงานจำนวนมหาศาลนี้เทียบเท่ากับการผลิตทั้งหมดของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลมขนาดเล็ก นอกจากนี้ เรายังต้องคำนึงถึงการใช้พลังงานของอุปกรณ์สนับสนุน เช่น เซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์ทำความเย็น อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานทั้งหมดเหล่านี้รวมกันในพื้นที่ขนาดเล็ก ทำให้เกิดแรงกดดันต่อเครือข่ายไฟฟ้าอย่างมาก

AI ใช้พลังงาน: ปลายยอดภูเขาน้ำแข็ง

บทความใน The New Yorker เคยได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง โดยประมาณการว่า ChatGPT อาจใช้พลังงานมากกว่า 500,000 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อวัน อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานของ AI ในปัจจุบันยังคงน้อยกว่าเมื่อเทียบกับสกุลเงินดิจิทัลและศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิม ปัญหาที่วิศวกรของ Microsoft พบแสดงให้เห็นว่าสิ่งที่จำกัดการพัฒนา AI ไม่ใช่แค่การใช้พลังงานของเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการใช้พลังงานของโครงสร้างพื้นฐานและขีดความสามารถในการรองรับของเครือข่ายไฟฟ้าด้วย

รายงานของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) แสดงให้เห็นว่าในปี 2022 ศูนย์ข้อมูล ปัญญาประดิษฐ์ และสกุลเงินดิจิทัลทั่วโลกมีการใช้พลังงานรวมกัน 460 TWh ซึ่งคิดเป็นประมาณ 2% ของการใช้พลังงานทั่วโลก IEA คาดการณ์ว่าในกรณีที่เลวร้ายที่สุด การใช้พลังงานในสาขาเหล่านี้จะสูงถึง 1,000 TWh ภายในปี 2026 ซึ่งเทียบเท่ากับการใช้พลังงานของญี่ปุ่นทั้งประเทศ

เป็นที่น่าสังเกตว่าการใช้พลังงานที่ลงทุนโดยตรงในการวิจัย AI ในปัจจุบันนั้นต่ำกว่าศูนย์ข้อมูลและสกุลเงินดิจิทัลอย่างมาก Nvidia มีส่วนแบ่งตลาดเซิร์ฟเวอร์ AI เป็นส่วนใหญ่ โดยจัดหาชิปประมาณ 100,000 ชิ้นในปี 2023 โดยมีการใช้พลังงานต่อปีประมาณ 7.3 TWh ในทางตรงกันข้าม การใช้พลังงานของสกุลเงินดิจิทัลในปี 2022 สูงถึง 110 TWh ซึ่งเทียบเท่ากับการใช้พลังงานของเนเธอร์แลนด์ทั้งประเทศ

การใช้พลังงานในการทำความเย็น: สิ่งที่ไม่ควรมองข้าม

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูลมักวัดโดยอัตราส่วนประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (Power Usage Effectiveness, PUE) ซึ่งก็คืออัตราส่วนของพลังงานทั้งหมดที่ใช้ไปต่อพลังงานที่ใช้โดยโหลด IT ค่า PUE ยิ่งใกล้ 1 แสดงว่าศูนย์ข้อมูลสูญเสียพลังงานน้อยลง รายงานของ Uptime Institute แสดงให้เห็นว่าค่า PUE เฉลี่ยของศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ทั่วโลกในปี 2020 อยู่ที่ประมาณ 1.59 ซึ่งหมายความว่าทุกๆ 1 หน่วยไฟฟ้าที่อุปกรณ์ IT ของศูนย์ข้อมูลใช้ไป อุปกรณ์สนับสนุนจะใช้พลังงาน 0.59 หน่วยไฟฟ้า

ในบรรดาการใช้พลังงานเพิ่มเติมของศูนย์ข้อมูล ส่วนใหญ่ใช้สำหรับระบบทำความเย็น การวิจัยแสดงให้เห็นว่าพลังงานที่ใช้โดยระบบทำความเย็นอาจสูงถึง 40% ของการใช้พลังงานทั้งหมดของศูนย์ข้อมูล เมื่อชิปได้รับการอัปเกรดอย่างต่อเนื่อง กำลังไฟของอุปกรณ์แต่ละเครื่องจะเพิ่มขึ้น และความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าของศูนย์ข้อมูลก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้เกิดข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับการกระจายความร้อน อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงการออกแบบศูนย์ข้อมูลสามารถลดการสูญเสียพลังงานได้อย่างมาก

ค่า PUE ของศูนย์ข้อมูลที่แตกต่างกันมีความแตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ระบบทำความเย็นและการออกแบบโครงสร้าง รายงานของ Uptime Institute แสดงให้เห็นว่าค่า PUE ของประเทศในยุโรปลดลงเหลือ 1.46 ในขณะที่มากกว่าหนึ่งในสิบของศูนย์ข้อมูลในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกยังมีค่า PUE มากกว่า 2.19

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษ ประเทศต่างๆ ทั่วโลกกำลังใช้มาตรการต่างๆ ตัวอย่างเช่น สหภาพยุโรปกำหนดให้ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ติดตั้งอุปกรณ์กู้คืนความร้อนเหลือทิ้ง รัฐบาลสหรัฐฯ ลงทุนในการวิจัยและพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์ที่มีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น รัฐบาลจีนยังได้ออกนโยบายกำหนดให้ศูนย์ข้อมูลมีค่า PUE ไม่เกิน 1.3 ตั้งแต่ปี 2025 เป็นต้นไป และค่อยๆ เพิ่มสัดส่วนการใช้พลังงานทดแทนให้ถึง 100% ภายในปี 2032

การใช้ไฟฟ้าของบริษัทเทคโนโลยี: การลดการใช้จ่ายทำได้ยากกว่าการเพิ่มรายได้

ด้วยการพัฒนาของสกุลเงินดิจิทัลและ AI ศูนย์ข้อมูลของบริษัทเทคโนโลยีขนาดใหญ่ต่างๆ กำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ตามสถิติของ IEA ในปี 2022 สหรัฐอเมริกามีศูนย์ข้อมูล 2,700 แห่ง ซึ่งใช้พลังงาน 4% ของประเทศ และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 6% ภายในปี 2026 เนื่องจากทรัพยากรที่ดินในชายฝั่งตะวันออกและตะวันตกของสหรัฐฯ เริ่มตึงตัวมากขึ้น ศูนย์ข้อมูลจึงค่อยๆ ย้ายไปยังภูมิภาคตอนกลาง แต่แหล่งจ่ายไฟฟ้าในภูมิภาคเหล่านี้อาจไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้

บริษัทเทคโนโลยีบางแห่งพยายามที่จะหลุดพ้นจากข้อจำกัดของเครือข่ายไฟฟ้า โดยการซื้อไฟฟ้าโดยตรงจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็ก แต่ต้องมีขั้นตอนการอนุมัติทางปกครองที่ซับซ้อน Microsoft พยายามใช้ AI เพื่อช่วยในการสมัคร ในขณะที่ Google ใช้ AI เพื่อกำหนดตารางการคำนวณเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของเครือข่ายไฟฟ้าและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนการใช้พลังงานฟิวชันแบบควบคุมได้เมื่อใดนั้นยังคงเป็นปริศนา

ภาวะโลกร้อน: ปัญหาที่เพิ่มขึ้น

การพัฒนา AI ต้องการการสนับสนุนจากเครือข่ายไฟฟ้าที่มั่นคงและแข็งแกร่ง แต่เมื่อเหตุการณ์สภาพอากาศสุดขั้วเกิดขึ้นบ่อยครั้ง เครือข่ายไฟฟ้าในหลายภูมิภาคก็เริ่มเปราะบางมากขึ้น ภาวะโลกร้อนทำให้เหตุการณ์สภาพอากาศสุดขั้วเกิดขึ้นบ่อยขึ้น ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มความต้องการใช้ไฟฟ้าและเพิ่มภาระให้กับเครือข่ายไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบต่อสิ่งอำนวยความสะดวกของเครือข่ายไฟฟ้าโดยตรงอีกด้วย รายงานของ IEA ชี้ให้เห็นว่าเนื่องจากผลกระทบจากภัยแล้ง ปริมาณน้ำฝนไม่เพียงพอ และหิมะละลายก่อนกำหนด สัดส่วนของพลังงานน้ำทั่วโลกลดลงสู่ระดับต่ำสุดในรอบ 30 ปีในปี 2023 โดยมีสัดส่วนไม่ถึง 40%

ก๊าซธรรมชาติมักถูกมองว่าเป็นสะพานเชื่อมไปสู่พลังงานหมุนเวียน แต่ความเสถียรของก๊าซธรรมชาติภายใต้สภาพอากาศสุดขั้วในฤดูหนาวนั้นน่าเป็นห่วง ในปี 2021 คลื่นความหนาวได้โจมตีรัฐเท็กซัสของสหรัฐอเมริกา ทำให้เกิดไฟฟ้าดับในวงกว้าง โดยผู้อยู่อาศัยบางส่วนไม่มีไฟฟ้าใช้เป็นเวลานานกว่า 70 ชั่วโมง สาเหตุหลักประการหนึ่งของภัยพิบัตินี้คือท่อส่งก๊าซธรรมชาติแข็งตัว ทำให้โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติหยุดทำงาน

คณะกรรมการความน่าเชื่อถือด้านพลังงานแห่งอเมริกาเหนือ (NERC) คาดการณ์ว่าระหว่างปี 2024-2028 ผู้คนมากกว่า 3 ล้านคนในสหรัฐอเมริกาและแคนาดาจะเผชิญกับความเสี่ยงจากไฟฟ้าดับที่เพิ่มขึ้น เพื่อให้มั่นใจในความมั่นคงด้านพลังงานและบรรลุเป้าหมายในการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษ หลายประเทศจึงมองว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นมาตรการเปลี่ยนผ่าน ในการประชุมการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศแห่งสหประชาชาติ (COP 28) ซึ่งจัดขึ้นในเดือนธันวาคม 2023 22 ประเทศได้ลงนามในแถลงการณ์ร่วม โดยให้คำมั่นว่าจะเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ให้เป็น 3 เท่าของระดับปี 2020 ภายในปี 2050 ในขณะเดียวกัน เมื่อจีน อินเดีย และประเทศอื่นๆ กำลังส่งเสริมการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อย่างแข็งขัน IEA คาดการณ์ว่าการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วโลกจะสูงเป็นประวัติการณ์ภายในปี 2025

รายงานของ IEA เน้นย้ำว่า "ภายใต้รูปแบบสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงไป การเพิ่มความหลากหลายของพลังงาน การปรับปรุงความสามารถในการจัดตารางเครือข่ายไฟฟ้าข้ามภูมิภาค และการใช้รูปแบบการผลิตไฟฟ้าที่ทนทานต่อแรงกระแทกมากขึ้นนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง" การรับประกันโครงสร้างพื้นฐานของเครือข่ายไฟฟ้าไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเทคโนโลยี AI เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับชีวิตความเป็นอยู่ของชาติด้วย