AI耗电量惊人？揭秘人工智能背后的能源消耗

AI 的耗电量究竟有多大？

近年来，人工智能（AI）的快速发展引发了广泛的讨论，其中一个核心问题是其惊人的能源消耗。有人戏称，只有当电费比馒头还贵时，AI才可能无法完全取代人类，但这玩笑背后反映了AI发展中一个不容忽视的现实：高能耗可能成为制约其发展的瓶颈。前谷歌工程师凯尔·科比特在社交媒体上透露，微软在训练GPT-6时就遇到了电力方面的难题。

为了训练大型AI模型，微软的工程师们正在努力构建InfiniBand网络，将分布在不同地区的GPU连接起来。这项工作之所以如此复杂，是因为如果将超过10万块H100芯片集中部署在同一区域，当地电网将不堪重负，面临崩溃的风险。

为什么会这样呢？让我们简单计算一下。英伟达的数据显示，每块H100芯片的峰值功率为700W，那么10万块芯片的峰值功耗将高达7000万瓦。有能源行业从业者指出，如此巨大的能耗相当于一座小型太阳能或风能发电厂的全部输出。此外，我们还必须考虑到服务器和冷却设备等配套设施的能耗。所有这些耗电设备集中在一个小区域内，对电网的压力可想而知。

AI 耗电：冰山一角

《纽约客》的一篇报道曾引发广泛关注，该报道估计ChatGPT每天的耗电量可能超过50万千瓦时。尽管如此，目前AI的耗电量与加密货币和传统数据中心相比，仍然相形见绌。微软工程师遇到的难题表明，制约AI发展的不仅是技术本身的能耗，还包括配套基础设施的能耗以及电网的承载能力。

国际能源署（IEA）的报告显示，2022年全球数据中心、人工智能和加密货币的耗电量达到了460 TWh，约占全球能耗的2%。IEA预测，在最坏的情况下，到2026年这些领域的用电量将达到1000 TWh，相当于整个日本的用电量。

值得注意的是，目前直接投入AI研发的能耗远低于数据中心和加密货币。英伟达在AI服务器市场占据主导地位，2023年供应了约10万块芯片，年耗电量约为7.3 TWh。相比之下，2022年加密货币的能耗高达110 TWh，相当于整个荷兰的用电量。

冷却能耗：不容忽视

数据中心的能效通常用能效比（Power Usage Effectiveness，PUE）来衡量，即消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值。PUE值越接近1，表示数据中心浪费的能源越少。Uptime Institute的报告显示，2020年全球大型数据中心的平均PUE值约为1.59。这意味着，数据中心的IT设备每消耗1度电，其配套设备就会消耗0.59度电。

数据中心的额外能耗中，大部分用于冷却系统。研究表明，冷却系统消耗的能量可达数据中心总能耗的40%。随着芯片的不断升级，单台设备的功率增大，数据中心的功率密度也在不断提升，对散热提出了更高的要求。然而，通过改进数据中心的设计，可以显著减少能源浪费。

不同数据中心的PUE值差异很大，这取决于冷却系统和结构设计等因素。Uptime Institute的报告显示，欧洲国家的PUE值已降至1.46，而亚太地区仍有超过十分之一的数据中心PUE值超过2.19。

为了实现节能减排的目标，世界各国都在采取措施。例如，欧盟要求大型数据中心安装余热回收设备；美国政府投资研发更高能效的半导体；中国政府也出台政策，要求数据中心从2025年起PUE值不高于1.3，并逐步提高可再生能源的使用比例，到2032年达到100%。

科技公司用电：节流难，开源更难

随着加密货币和AI的发展，各大科技公司的数据中心规模不断扩大。据IEA统计，2022年美国拥有2700座数据中心，消耗了全国4%的电力，预计到2026年这一比例将达到6%。由于美国东西海岸的土地资源日益紧张，数据中心逐渐向中部地区转移，但这些地区的电力供应可能无法满足需求。

一些科技公司试图摆脱电网的束缚，直接从小型核电站购买电力，但这需要复杂的行政审批流程。微软尝试使用AI辅助完成申请，而谷歌则利用AI进行运算任务调度，以提高电网运行效率，降低碳排放。至于可控核聚变何时能够投入应用，目前仍是未知数。

气候变暖：雪上加霜

AI的发展需要稳定而强大的电网支持，但随着极端天气事件的频繁发生，许多地区的电网正变得更加脆弱。气候变暖导致极端天气事件更加频繁，不仅增加了用电需求，加重了电网负担，还会直接冲击电网设施。IEA的报告指出，由于干旱、降雨不足和提早融雪的影响，2023年全球水力发电占比跌至三十年来的最低点，不足40%。

天然气通常被视为向可再生能源过渡的桥梁，但在冬季极端天气下，其稳定性令人担忧。2021年，寒潮袭击美国得克萨斯州，导致大面积停电，部分居民家中停电超过70小时。这次灾难的主要原因之一是天然气管道冻结，导致天然气发电厂停摆。

北美电力可靠性委员会（NERC）预测，在2024-2028年，美国和加拿大将有超过300万人口面临越来越高的停电风险。为了保障能源安全，同时实现节能减排，许多国家将核电站视为一种过渡措施。在2023年12月举行的联合国气候变化大会（COP 28）上，22个国家签署联合声明，承诺到2050年将核能发电能力提升到2020年水平的3倍。与此同时，随着中国、印度等国大力推进核电建设，IEA预测到2025年，全球核电发电量将达到历史新高。

IEA的报告强调：“在不断变化的气候模式下，提高能源多样性、提升电网跨区域调度能力以及采取更具抗冲击性的发电方式变得至关重要。” 保障电网基础设施不仅关系到AI技术的发展，更关乎国计民生。