Нейросети нагревают атмосферу не меньше заводов? Ученый из Челябинска изучает, как развитие ИИ отразится на экологии

Один запрос к ChatGPT требует 2,9 ватт-час энергии

Фото: Дарья ИВАНОВА. Перейти в Фотобанк КП

Мы привыкли воспринимать искусственный интеллект как нечто виртуальное, но за магией мгновенных ответов и сгенерированных картинок скрывается колоссальная инфраструктура. Серверы работают круглосуточно, потребляют гигаватты электроэнергии и в будущем могут начать нагревать атмосферу не меньше, чем тяжелая промышленность. Об этом рассказал доцент кафедры геоэкологии и природопользования ЧелГУ, кандидат экономических наук Дмитрий Двинин.

Программа «Такая наука» посвящена научным достижениям южноуральских ученых. Ведущая — доктор филологических наук, доцент Анна Таскаева.

Дмитрий Двинин и Анна Таскаева на радио «Комсомольская правда-Челябинск»

— Дмитрий Юрьевич, почему нейросети и дата-центры вдруг стали сравнивать с тяжелой промышленностью по энергопотреблению?

— В прошлом году Международное энергетическое агентство обратило внимание на стремительный рост дата-центров. Это не новое явление, но именно в последние годы начался взрывной рост их энергомощностей. В нашей стране за пять лет она увеличилась на 60-70%, а в США и Китае — еще больше. Экстраполяция этих данных позволила агентству спрогнозировать, что к 2030 году энергопотребление дата-центров может удвоиться. Процесс идет по экспоненте, и уже через 10-20 лет этот сектор может перегнать тяжелую промышленность, в том числе по выбросам парниковых газов.

Здесь есть и системный философский аспект: процесс управления всегда энергоемок. Исследования показывают, что головной мозг человека потребляет до 20% энергии организма, а у детей в период обучения — до 60-70%. Сейчас техносфера формирует свой собственный «мозг» и обучается. Если сформируется искусственный интеллект, который будет управлять практически всей техникой, его энергопотребление будет сопоставимо с этими цифрами.

— Не всем понятно, как именно ИИ потребляет энергию. Что происходит в момент, когда мы общаемся с чат-ботом?

— Большинство вычислений проходят не на пользовательских устройствах, а в удаленных дата-центрах. Искусственный интеллект потребляет примерно в 10 раз больше энергии. Согласно исследованию 2023 года, один запрос к ChatGPT требует 2,9 Вт·ч энергии, тогда как обычный поисковый запрос в Google — всего 0,3 Вт·ч. Каждый раз, обращаясь к чат-боту, мы тратим значительный объем ресурсов.

Разница заключается в алгоритмах. Обычный алгоритм идет по прямой, как трамвай по рельсам: как прописано, так и просчитывается. Искусственный интеллект работает вероятностно, прокручивая десятки различных вариантов ответа, опираясь на большие данные и накопленный опыт. На обработку каждого варианта требуется дополнительная энергия.

— Вы ведете сбор статистических данных о количестве центров обработки информации и серверных стоек в них — с учетом их технических характеристик при использовании ИИ. Насколько сложно получить эти данные и какова ситуация в Челябинской области?

— Процесс действительно сложный. Государственный реестр дата-центров только начал формироваться, раньше такой открытой информации не было. Приходится опираться на исследования консалтинговых фирм, данные о загрузке вычислительных мощностей и сведения Росстата о закупках серверного оборудования, прежде всего серверов NVIDIA, которые используются для задач ИИ.

В Челябинской области этот сектор пока находится в зачаточном состоянии. Мощность наших дата-центров, включая коммерческие и серверные стойки промышленных и научных организаций, составляет около 5 МВт. Для сравнения: в целом по России этот показатель достигает 4 ГВт, то есть наш регион занимает чуть более 1%. Доля серверов, работающих именно с искусственным интеллектом, пока невелика — порядка 2% как в области, так и в стране. Ключевой технический маркер для их идентификации — использование серверов NVIDIA либо их аналогов.

— В ваших статьях встречается термин «коэффициенты выбросов». Что это такое простыми словами?

— Это количество CO2, которое выделяется при выработке каждого киловатт-часа электроэнергии. Методика расчета общепринятая, разработана Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК). Мы собираем данные обо всех природных ресурсах, используемых электростанциями (уголь, газ, нефть, биотопливо), пересчитываем объем сжигания в выбросы углекислого газа и соотносим с объемом выработанной электроэнергии.

В среднем по России этот коэффициент составляет 0,41 кг CO на кВт·ч, в Челябинской области — чуть выше, 0,51 кг. Однако за последние 30 лет эта величина снижалась и в регионе, и в стране. Электростанции массово перешли с угля и мазута на природный газ, что дало двойной эффект: экономическую рентабельность и экологическую пользу. Удельные выбросы российской энергетики с 90-х годов снизились примерно в полтора раза.

— В вашем проекте, который поддержал РНФ, используется авторская методика анализа материально-энергетических потоков. Чем она отличается от обычных замеров выбросов?

— Она дает более глубокое понимание экологических проблем. Большинство людей считает, что экология — это только выбросы. На самом деле выбросы — лишь следствие вмешательства в природные процессы. Мы перемещаем огромные массы материалов и вмешиваемся в природные энергетические потоки. Биосфера — это гигантская энергетическая система мощностью около 100 ТВт получающая энергию от Солнца. Добывая природные ресурсы, мы не просто их извлекаем, но и формируем отвалы, прокладываем дороги, меняем ландшафт, иными словами меняем биосферные процессы. С 70-х годов биосфера непрерывно сжимается: уменьшается объем биомассы, площадь естественных экосистем, биоразнообразие. С точки зрения системного подхода, это со временем может привести к ее быстрой перестройке с неконтролируемыми последствиями.

Выбросы CO2 — это следствие того, что техника перетягивает ресурсы на себя. Техносфера и биосфера не конфликтуют, они конкурируют за вещество и энергию. Люди, биологические существа — часть природы, а техника живет по своим системным принципам. Сейчас мощность техносферы составляет около 10 ТВт и продолжает расти, хотя для баланса она должна быть в районе 1 ТВт. Восстановить этот баланс возможно, в том числе с помощью возобновляемой энергетики, которая использует энергию Солнца, уже существующую в биосфере.

В рамках методики я получил конкретные MI-числа (Material Input) для электроэнергетики. По российской энергетике мы перемещаем примерно 2 млрд тонн вещества на каждый киловатт-час. Это больше, чем весь сток твердых веществ реками мира.

— Как технически посчитать будущее воздействие ИИ на окружающую среду?

— Прогноз строится на экономической востребованности технологии. В прошлом году российский бизнес потратил около $300 млн на подписки сервисов ИИ. Экономические оценки показывают, что к 2030 году этот объем может достигнуть $5 млрд. Исходя из этого рассчитывается рост энергопотребления. По оценкам, потребность в ИИ вырастет в 5-10 раз. Для Челябинской области это прорывная технология, определяющая экономическое развитие на ближайшее десятилетие. В январе была принята региональная стратегия развития ИИ, но не все осознают, что это потребует колоссального количества энергии.

— Какие меры может предложить наука для минимизации вреда и какие источники энергии вы рассматриваете как реальную альтернативу?

— Стратегия низкоуглеродной экономики предполагает достижение углеродного баланса к 2060 году, когда выбросы энергетики будут компенсироваться поглощающей способностью естественных и технических систем. Развитие дата-центров исключительно на традиционной энергетике может этот баланс подорвать.

В качестве альтернативы для Челябинской области необходимо рассматривать солнечную и ветровую энергетику, а также атомную генерацию. Однако атомная энергетика стала очень дорогой: строительство АЭС «Балхаш» в Казахстане на два энергоблока (2–3 ГВт) оценивается в $15 млрд. Три крупных дата-центра могут потребить этот объем без остатка. При этом возобновляемая энергетика за последние 10 лет подешевела в 10 раз. Солнечную энергетику на юге Челябинской области можно и нужно развивать уже сейчас.

— Что конкретно получит регион по результатам вашего исследования?

— Мы спрогнозируем потребность в дополнительной энергии для создания дата-центров в области и определим, за счет каких источников их можно снабжать. Рекомендации для правительства и бизнеса будут направлены на то, чтобы обеспечить энергоснабжение дешево и без вреда для окружающей среды, сохранив экологический баланс при полноценном использовании технологий искусственного интеллекта.

— Большое вам спасибо за разговор. Мы увидели, что искусственный интеллект — это не только умные ответы и красивые картинки, но и серьезный вызов для экологии. И очень хорошее, что в Челябинской области есть ученые, которые не просто фиксируют проблему, но и считают, прогнозируют и предлагают конкретные решения.

К ЧИТАТЕЛЯМ

Стали свидетелем интересного события или происшествия? Сообщите об этом нашим журналистам: +7-951-803-09-94 (MAX) или kpchel@phkp.ru.

Подпишитесь на нас: MAX, ВКонтакте, Одноклассники, Дзен.

При использовании материалов издания ссылка на «КП-Челябинск» обязательна.