Cái giá tiềm ẩn của AI: Tiêu thụ lượng điện vô cùng lớn phục vụ cho khả năng điện toán tân tiến

Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo liên tục tiến bộ thì tác động của loại công nghệ này đối với xã hội ngày càng sâu sắc hơn. Tuy nhiên, bên cạnh những sự đổi mới sáng tạo còn có một khía cạnh ít được thảo luận đến: nhu cầu điện năng vô cùng lớn của AI. Nhu cầu về điện năng này không chỉ rất lớn mà còn nhanh chóng tăng lên khi các công nghệ AI tiến bộ hơn, chẳng hạn như công nghệ của OpenAI.

Tiêu thụ năng lượng cho hoạt động huấn luyện AI

Hoạt động huấn luyện một mô hình AI phức tạp đòi hỏi sự kết hợp của dữ liệu lớn, sức mạnh điện toán tân tiến, và các thuật toán hiệu quả cao. Hãy xem xét GPT-3 của OpenAI, một mô hình có 175 tỷ tham số. AI này được huấn luyện bằng 1,024 đơn vị xử lý đồ họa (GPU) chạy liên tục trong hơn một tháng.

Ông Mosharaf Chowdhury, phó giáo sư kỹ thuật điện và khoa học máy điện toán tại Đại học Michigan, ước tính rằng phiên huấn luyện của GPT-3 tiêu thụ khoảng 1,287 megawatt điện trên giờ (MWh). So sánh ra, con số này tương đương với mức tiêu thụ năng lượng của một gia đình trung bình ở Hoa Kỳ trong suốt 120 năm.

Kể từ khi GPT-3 ra mắt cách đây bốn năm, quy mô và độ phức tạp của các mô hình này đã tăng lên đáng kể. Mô hình tiếp theo, GPT-4, ra mắt vào năm 2023, tự hào có 1.76 ngàn tỷ thông số—gấp 10 lần so với GPT-3, cũng như 25,000 GPU, gấp hơn 24 lần so với phiên bản trước đó. Theo uớc tính, năng lượng tiêu thụ để huấn luyện GPT-4 dao động trong khoảng từ 51,773 đến 62,319 MWh, tăng hơn 40 lần so với GPT-3. Đáng chú ý, lượng điện này có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng cho một gia đình Hoa Kỳ trung bình trong khoảng 5,000 năm, hoặc 1,000 gia đình Hoa Kỳ trung bình trong khoảng 5 đến 6 năm.

GPT-5 sắp ra mắt hứa hẹn năng lực thậm chí còn lớn hơn, và kèm theo đó là nhu cầu năng lượng thậm chí còn cao hơn nữa.

Nhu cầu điện về lâu dài dùng cho các ứng dụng AI

Trong khi huấn luyện mô hình AI là một quá trình có thời hạn, thì việc AI được ứng dụng là liên tục. Khi AI trở nên không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của chúng ta và số lượng người dùng tăng lên, thì tổng mức tiêu thụ điện cũng trở nên lớn hơn nhiều. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), một câu trả lời từ ​​ChatGPT tiêu thụ mức điện năng trung bình 2.9watt-giờ—tương đương với năng lượng cần thiết để thắp sáng một bóng đèn 60watt trong ba phút. Và mức tiêu thụ này gần gấp 10 lần so với một lượt tìm kiếm trung bình bằng Google.

Với khoảng 200 triệu lượt giao tiếp hàng ngày, mức tiêu thụ điện hàng ngày của ChatGPT lên tới hơn 500,000 kilowatt-giờ — tương đương với nhu cầu điện hàng ngày của 17,000 gia đình ở Mỹ. Con số này lên tới 182.5 triệu kilowatt-giờ mỗi năm.

Theo ước tính của IEA (pdf), nếu Google tích hợp rộng rãi AI tạo sinh vào các chức năng tìm kiếm của mình thì lượng điện bổ sung cần thiết có thể lên tới 10 terawatt-giờ (TWh) mỗi năm. So sánh ra, 10 TWh có thể làm mát 5 triệu ngôi nhà, thắp sáng hơn 10 triệu ngôi nhà, hoặc cung cấp toàn bộ điện cho 700,000 ngôi nhà trong suốt cả năm.

Nhu cầu điện ngày càng tăng cho các trung tâm dữ liệu: Trụ cột của AI

Là cơ sở hạ tầng quan trọng trợ giúp cho AI, các trung tâm dữ liệu không chỉ là những nhà kho chứa đầy máy chủ. Nơi này là những môi trường động, công suất cao, có vai trò cung cấp sức mạnh tính toán thiết yếu, lưu trữ, và băng thông mạng cần thiết để các ứng dụng AI hoạt động liền mạch cũng như mở rộng quy mô một cách hiệu quả.

Một trong những khía cạnh ít được biết đến nhưng quan trọng của trung tâm dữ liệu là hệ thống làm mát của chúng. Để tránh bị quá nhiệt, các trung tâm này yêu cầu phải có các giải pháp làm mát công suất cao để giảm nhiệt phát ra từ hàng ngàn máy chủ hoạt động cả ngày lẫn đêm. Do đó, mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu là rất lớn.

Theo báo cáo của IEA (pdf), vào năm 2022, các trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới đã tiêu thụ khoảng 460 TWh điện. Con số này chiếm gần 2% nhu cầu điện toàn cầu. Đáng chú ý, mức tiêu thụ này không chỉ bởi các hoạt động liên quan đến AI; gần một phần tư, tương đương khoảng 110 TWh, là từ các hoạt động khai thác tiền kỹ thuật số.

Báo cáo của IEA nêu chi tiết rằng các nguồn tiêu thụ năng lượng chính trong các trung tâm dữ liệu là hoạt động điện toán và hoạt động làm mát. Mỗi hoạt động chiếm 40% tổng mức sử dụng, 20% còn lại được dùng cho các thiết bị công nghệ thông tin liên quan khác.

Dự đoán cho tương lai, IEA nói rằng nhu cầu sẽ tăng cao. Đến năm 2026, họ dự kiến rằng ​​các trung tâm dữ liệu có thể tiêu thụ tới 1,000 TWh điện hàng năm — gần bằng mức tiêu thụ điện hàng năm của Nhật Bản hiện nay. Mức tăng này sẽ tương đương với mức sử dụng điện hàng năm của các quốc gia có quy mô từ Thụy Điển đến Đức.

Sự ra đời của trí tuệ nhân tạo không chỉ định hình lại công nghệ mà còn làm thay đổi căn bản cơ sở hạ tầng trợ giúp cho trí tuệ nhân tạo. Do đó, các trung tâm dữ liệu đang trải qua quá trình mở rộng và hiện đại hóa nhanh chóng để theo kịp những tiến bộ công nghệ, dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cũng tăng theo một cách tương ứng.

Vào năm 2015, số lượng trung tâm dữ liệu toàn cầu đạt khoảng 3,600. Con số này tăng gần gấp đôi lên 8,000 vào năm 2021 và tăng vọt lên 10,978 vào cuối năm 2023. Sự phát triển của các cơ sở này được dự kiến là vẫn ​​sẽ tiếp tục.

Hoa Kỳ dẫn đầu về sự mở rộng này với 5,388 trung tâm dữ liệu. Theo Bloomberg, ông John Ketchum, Tổng giám đốc của NextEra Energy Inc., dự báo rằng nhu cầu điện của Hoa Kỳ sẽ tăng 40% trong hai thập niên tới, trái ngược hoàn toàn với mức tăng 9% được ghi nhận trong 20 năm trước đó. Next Era Energy Inc. là nhà phát triển phong năng và quang năng thuộc sở hữu tư nhân lớn nhất thế giới. Ông Ketchum cho rằng sự gia tăng mạnh mẽ này chủ yếu là do nhu cầu về AI đã thúc đẩy lượng điện năng tiêu thụ của các trung tâm dữ liệu.

Phong trào ‘chủ quyền AI’ và sự thống trị AI trên toàn cầu

Trong bối cảnh AI ngày càng trở nên không thể thiếu trong phát triển kinh tế, an ninh quốc gia, và cạnh tranh quốc tế, đặc biệt là cạnh tranh giữa các cường quốc như Hoa Kỳ và Trung Quốc, thì các quốc gia đang hướng tới phong trào “chủ quyền AI.” Sáng kiến ​​này thu hút sự tham gia của các nước trên khắp châu Á, Trung Đông, châu Âu, và châu Mỹ đầu tư vào cơ sở hạ tầng điện toán AI cấp quốc gia của mình để bảo đảm rằng họ có quyền kiểm soát tương lai công nghệ.

Tại Hội nghị thượng đỉnh Chính phủ Thế giới tổ chức tại Dubai hồi tháng Hai (2024), ông Hoàng Nhân Huân (Jensen Huang), nhà sáng lập kiêm Tổng giám đốc Nvidia, đã nhấn mạnh rằng mỗi quốc gia đều phải phát triển các sản phẩm trí tuệ của riêng mình.

Cuộc đua giành ưu thế về AI có thể phụ thuộc vào những quốc gia nào có thể duy trì nhu cầu ngày càng tăng của các trung tâm dữ liệu và lượng điện mà chúng tiêu thụ. Động lực này cho thấy nhu cầu năng lượng của AI và cơ sở hạ tầng bổ trợ cho AI sẽ tăng lên, có thể là vô hạn.

Các chiến lược phát triển AI bền vững

Khi nhu cầu năng lượng của các trung tâm dữ liệu tăng vọt, các nhà cung cấp dịch vụ đám mây lớn như Amazon, Microsoft, và Google đang cam kết thực hiện các mục tiêu quan trọng về môi trường. Mỗi bên đã cam kết cung cấp năng lượng cho trung tâm dữ liệu của mình hoàn toàn bằng năng lượng tái tạo, đồng thời tìm kiếm các phương pháp công nghệ tân tiến để giảm thiểu mức tiêu thụ điện và cân bằng tốt hơn nhu cầu trên lưới điện.

Những nỗ lực của các công ty này bao gồm nâng cao hiệu quả của vi mạch xử lý và máy chủ, đồng thời giảm bớt nhu cầu làm mát, vốn một trong những nguồn tiêu hao năng lượng lớn nhất trong hoạt động vận hành trung tâm dữ liệu.

Vấn đề hàng đầu trong cuộc trò chuyện về AI bền vững là việc nhận thức rằng các giải pháp năng lượng hiện tại có thể là không đủ khi công nghệ AI phát triển và nhu cầu điện của chúng ngày càng cao hơn. Ông Sam Altman, Tổng giám đốc của OpenAI, đã nhấn mạnh điểm này tại Hội nghị Thường niên Diễn đàn Kinh tế Thế giới ở Davos hồi tháng 01/2024.

Ông tuyên bố rằng sự tăng trưởng trong tương lai của công nghệ AI phụ thuộc vào những đột phá trong công nghệ năng lượng, đặc biệt vì mức tiêu thụ năng lượng dự kiến ​​​​của các công nghệ AI tân tiến có thể sẽ vượt qua ước tính hiện tại. Thách thức này đã thúc đẩy sự tăng cường đầu tư vào các nguồn năng lượng thay thế, đặc biệt là phản ứng nhiệt hạch.

CHIA SẺ

Chia sẻ bài viết này tới bạn bè của bạn

Chia sẻ