大模型训练驱动电力需求翻倍增长，行业求解“AI能耗之困”
21世纪经济报道记者张梓桐 上海报道
随着AI大模型的技术竞争进入纵深阶段，行业开始将注意力转向模型训练所需的能源领域。Open AI创始人Sam Altman此前在一场公开活动上表示：“人工智能的未来取决于清洁能源的突破。”英伟达创始人黄仁勋则指出：“AI的尽头是光伏和储能。”
近日，富国银行发布的一份报告再次掀起AI行业对于电力需求的关注。富国银行称，随着人工智能革命的兴起、美国半导体和电池制造的扩张以及汽车行业的电动化，到2030年，美国电力需求将增长20%，长达10年的电力增长平台期即将告一段落。
“到2030年，美国天然气需求每日可能增加100亿立方英尺，这将比目前美国发电消耗的每日350亿立方英尺增加28%，占美国每日总天然气消耗1000亿立方英尺的10%。”富国银行指出。
AI热潮背后的电力短缺风险成为科技圈内热议的焦点，在业内人士看来，这背后核心原因在于AI大模型训练所消耗的电力主要集中在数据中心领域，而当前数据中心建设正面临着供需错配的结构性难题。
根据美银美林股票策略师Thomas (T.J.) Thornton最新研报预计，到2030年，全球数据中心的电力需求可能达到126-152GW，在此期间新增大约250太瓦时（TWh）的电力需求，相当于2030年美国总电力需求的8%。
“在算力产业，传统数据中心以生产通用算力为主，机柜功率低，设备老化，能耗高，PUE值也居高不下，造成运营成本较高，未来如何通过智算化改造，包括对机柜、供电、制冷以及运维等全方位的升级，满足智能算力生产的条件，部署国内外不同芯片，增加智能算力生产，成为行业需要解决的难题。”北电数智战略与市场负责人杨震在接受21世纪经济报道记者专访时说道。
AI驱动电力需求翻倍
国际能源署近期发布的报告中预测，未来三年，全球对数据中心、加密货币和人工智能的电力需求将增加一倍以上，相当于一个德国的全部电力需求。到2026年，全球总体电力需求预计将增长3.4%。据国际能源署的数据，数据中心和输电网络的能源消耗已各占全球总量的1.5%。它们每年的碳排放总量与巴西相当。
一位数据中心运维行业人士对21世纪经济报道记者总结称，AI大模型对电力的消耗主要体现在模型训练和推理环节。
“AI模型的训练，特别是涉及大量参数的模型，需要巨大的算力支持，这直接导致了大量的电力需求。例如，训练OpenAI的GPT-3模型耗电量约为1.287吉瓦时，这相当于120个美国家庭一年的用电量。此外，模型训练涉及大量的数学运算，这些运算主要由CPU（中央处理器）和GPU（图形处理器）等硬件完成。这些处理器在执行复杂计算时会消耗大量电力。模型训练过程中需要处理和存储大量的数据，这要求有足够的内存（如RAM）来支持。内存的读写操作同样需要电力。”
另一方面，他指出，数据中心的电力需求也在攀升。“AI公司通常依赖数据中心来提供必要的计算资源。这些数据中心不仅需要电力来运行服务器，还需要大量的电力来维持冷却系统，以防止设备过热。据估计，到2030年，美国数据中心的电力需求将以每年约10%的速度增长。”
而随着AI模型的规模不断扩大，电力成本也在不断上升。一些数据中心运营商为了应对运行AI应用程序产生的额外成本，已经开始提高商业租赁价格。面对日益增长的电力需求，AI公司开始关注如何通过使用可再生能源来减少碳排放。例如，微软与核聚变初创公司Helion Energy签订了采购协议，计划在其建成全球首座核聚变发电厂时采购其电力。
多举措应对AI耗电问题
面对日益增长的耗电需求，当前行业主要探索出“寻找可替代能源”与“提高运维效率”两大路径。
高盛预测，本十年末，天然气需求将增加每天330亿立方英尺，而Tudor, Pickering, Holt & Co.基本假设为每天270亿立方英尺，最高假设为每天850亿立方英尺。而满足人工智能和数据中心带来的电力需求增长，天然气预计将占到增量的60%，而可再生能源将占到剩余的40%。
从国内情况来看，中国作为全球算力总规模排名第二的国家，正在通过提升AI和电力相关技术、优化数据中心软硬件技术，以及利用丰富的绿色电力资源来应对AI耗电问题。
国家能源局发展规划司副司长赵莉日前在国家能源局2024年二季度新闻发布会上指出，国家能源局正在密切跟踪人工智能等高新技术发展趋势，分析研判电力需求增长态势，系统谋划保供举措，确保能源稳定供应与需求增长相适应。
“我们将持续强化能源电力供应保障。发挥好化石能源兜底保障作用，加快煤电等支撑调节性电源建设，确保在迎峰度夏、度冬高峰前按预期进度投产，推动新能源发电平稳健康发展。一季度煤炭、天然气等能源库存保持高位，有效满足采暖季用能需求，全国发电装机达到29.9亿千瓦。加快电网项目建设，深挖电网跨区、区域电网内部余缺互济潜力，督促各地利用市场化方式提升需求侧响应能力。推动供需两侧协同发力，为满足日益增长的电力消费需求提供可靠保障。”赵莉说道。
中国数据中心工作组（CDCC）专家委员会副主任曲海峰在接受21世纪经济报道记者采访时表示，相关行业应该要重视提升数据中心用电能效，而不是抑制它的规模。数据中心并非要减少对能源的消耗，而是要提升能源消费的质量。
“未来，还需要进行技术创新和设备升级，以进一步提高发电效率、提高电网输送能力和稳定性、优化电力资源配置、提高电力供应的灵活性、推广分布式能源系统并减少能源输送损耗，以此来应对算力发展带来的能源需求挑战。”曲海峰说道。
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