如何在提升智效的同时解决能耗难题？AI迎来“大考”

2024-05-28 10:25:45 | 来源：GG之家
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本文转自：中新网

第六届西洽会开幕共签约196个重大项目

　　1.05万亿千瓦时(kWh)！

　　这是国际能源署(International Energy Agency##@%@，以下简称“IEA”)日前发布的《电力2024》报告中*#%@，对2026年全球数据中心的最高总用电量作出的预测@%@。1千瓦时就是1度电@@%，“超过1万亿度电”#%#*，根据报告的估算**#*@，这些电量大约是整个日本全年的用电量@@%。

　　数据中心、智算中心等算力基础设施是人工智能(AI)的数据中枢和算力载体%#@*@。随着AI尤其是生成式人工智能(AIGC)和大模型技术的快速发展#@#，算力需求激增*#，AI的能耗问题也越来越受到关注*%。在近段时间举行的多场国际会议上*#，一些科技巨头纷纷表达了对AI发展带来的能耗问题的担忧*%%。

　　如何在提升智效的同时解决能耗难题%#%，对AI行业来说@%，是一场“大考”%%%#%。

　　AI在推理阶段的耗能不容忽视

　　讨论AI耗能的问题@%，不可避免地要谈到AI大语言模型(以下简称“大模型”)@*%#。

　　“生成式人工智能是当前AI技术发展的重点@%##。”腾讯研究院资深专家王鹏在接受中青报中青网记者采访时说*@@#@。他表示**@*，当前%%@，生成式人工智能技术的基础就是以数据和算力堆叠为标志的大模型%#，其训练和应用需要大量的算力支持**%%，“算力背后则是算力基础设施耗电所带来的巨大电能需求”@##。

　　全国政协委员、中国科学院计算技术研究所研究员张云泉指出*@@@*，大模型的参数和数据规模越大@*%*#，其智能效果就越好*###*。在大模型中@%，“Scaling Laws”(规模效应)意味着当参数和数据规模大到一定程度时#@**，大模型的智能表现将出现跃升***，也就是“智能涌现”*%#@。“目前我们还没看到‘智能涌现’的上限在哪%%@@%。”

　　“一般来说###@#，参数量越大**%#*，大模型的算力消耗就越大%@**@，其消耗的电能就越多##%。”王鹏表示*%@，因为还没达到上限@#，以OpenAI为代表的人工智能公司在“Scaling Laws”的驱使下%%@%%，还在持续增加大模型的参数和数据规模@%@，以求实现通用人工智能(AGI)的目标*#%#，造成短期内算力需求和电能需求的巨大提升#*。

　　“因为GPT-3有1750亿个参数%#*，训练用到了1024张英伟达A100芯片*#%，所以业内将其称为‘千卡千参’**@@。”商汤科技智能产业研究院院长田丰说%@%*，目前GPT-4、GPT-5等大模型都达到了“万卡万参”的规模##@，且训练模型所用芯片也从英伟达A100更新到英伟达H100、B200%*@，“参数量的激增将导致能耗显著增加”@##*%。

　　除了模型训练以外#%#*，AI在推理阶段的耗能也不容忽视*@%。“推理即大模型响应用户需求的过程”%@%，张云泉介绍%#，大模型单次响应用户需求的耗电量并不大%@%@，“但随着用户规模的增加*%，耗电量也将不断累积并增大%%。”

　　近日@#，源自美国的一则“如果将10万块英伟达H00芯片部署在同一地区进行模型训练@%%@，会导致电网崩溃”的新闻引起社会关注%#*@。

　　多位专家在接受记者采访时表示@@，AI导致电网崩溃的原因在于%%#，大模型的训练是阶段性的工作#@%，所用到的算力要集中在一个数据中心里@*#*，在有限时空范围内进行大模型训练%%%@，会给局部电网带来非常大的用电负荷#%@。

　　“稳定的电网系统中突然出现巨大负荷扰动#%@，会对电网的稳定和安全产生影响%##*%。”张云泉指出**@，随着大模型参数和数据规模的进一步增加**%*#，AI的能耗问题将越来越突出@%，尤其是对于电力供应紧张的国家和地区%@@。“长远来看@@，AI推理过程的耗能将越来越大；短期内%@#，大模型训练的能耗则是最大的AI能耗增量%%%*@。”

　　在王鹏看来**，与家庭用电量相比%@，AI的耗电量显得很大*%，但其在社会总用电量中的占比依然很蠤@#。盎乖睹挥写锏街圃煲涤玫绲氖考丁盄#。

　　解决方案：技术创新与新能源

　　根据美国机构Uptime Institute的预测%*，到2025年%@**，AI相关业务在全球数据中心用电量中的占比将从2%增加到10%；到2030年*#*@%，智能计算的年耗电量将占全球发电总量的5%%**%#。

　　“解决能耗问题%*%，是AI技术发展的重要前提@##%。”田丰对记者说*#**#，虽然目前AI的能源消耗还不至于引起大范围“电荒”@*%@，但随着AI的大规模应用%%*%#，未来可能发生AI“缺电”的情况*#%#@，需要寻找合适的解法%%，让有限的电力能源可以容纳更大的算力规模**。

　　通过研究和实践%%#@，人们对AI的了解逐渐增强%##@，一系列解法随之而来*%#%。从需求角度看%###*，优化大模型架构、提升芯片效率和算力效率等%##，被认为是降低AI能耗的有效途径@@%@。

　　张云泉表示%@@@，首先@@，可以设计AI模型训练的专用芯片%%，其效率相较GPU(图形处理器%*%%，现常用于AI计算)提升了10倍以上；其次##，可以优化AI模型的参数*%@*，很多小模型仅有几十亿的参数量*%#，但已经实现了和大模型一样的效果；此外%@*，还可以通过对推理过程进行优化压缩@@*@@，设计专用推理芯片%*，进一步降低AI推理阶段的能耗%*%@*。

　　“大模型变小模型%*%%#，目前降低能耗效果最好%#@*%。”张云泉以微软4月底发布的自研小尺寸AI模型Phi-3为例介绍@*。据了解#@*，Phi-3模型目前有3个版本*#*，其中Phi-3 mini是一个拥有38亿参数的语言模型**#%，可部署在手机上*@，根据实验和测试结果%@*%#，其性能已经可以与GPT-3.5等大模型相媲美*%@。

　　在能源供应方面###，诉诸多样化的新能源供给、依靠国家进行宏观调控与规划等举措*%*#，将有助于解决AI能耗问题**@#@。天使投资人、资深人工智能专家郭涛对记者表示*%#%，当前*@，新能源%#@#，包括太阳能、风能、水能等可再生能源%%@%%，正逐渐成为数据中心的最佳能源选择@@。“如果没有足够的可再生能源来满足AI能耗的增长%@%@@，可能会导致对化石燃料的依赖加剧*%%#，从而对环境造成负面影响#%。此外*%，数据中心还可以通过智能算法来优化能源使用效率@#，实现AI与电网的协同发展#**%。”

　　不少人工智能公司已经开始关注新能源#*#。2021年**，OpenAI首席执行官山姆奥尔特曼向核聚变初创公司Helion Energy投入3.75亿美元；2024年3月*%*#，亚马逊云服务公司(AWS)收购美国宾夕法尼亚州一座数据中心园区*@%#，据了解**%#%，该园区就是从邻近的核电站获取电力%*%。

　　“解决AI耗能问题涉及到算力、电力等多个系统的协调与配合@@。”王鹏指出##，一方面#*%，要从AI本身去降低能耗#%##，包括优化算法、降低模型参数、提高计算性能等；另一方面#@%*，整个能源系统也要积极响应AI的能耗需求@#@。

　　“源网荷储”一体化考虑

　　新能源或将成为解决AI耗能问题的一把“钥匙”*@，这正好与我国此前提出的“东数西算”工程相契合**@。

　　国家能源局的数据显示*%%%，2023年@#%，我国可再生能源新增装机3.05亿千瓦*%，占全国新增发电装机的82.7%@#*%，占全球新增装机的一半；全国可再生能源发电量近3万亿千瓦时#%@%*，接近全社会用电量的1/3**%。目前@#，我国已建成全球规模最大的电力供应系统和清洁发电体系**，其中青海、内蒙古、宁夏等西北部地区则是清洁能源的“富矿”@#%。

　　2021年****，我国提出实施“东数西算”工程%@@*，引导数据中心向西部资源丰富地区聚集@%*%，推动当地数据中心走向低碳、绿色、可持续**@，同时满足东部地区的算力需求@%@%。2022年2月%@%@*，内蒙古、贵州、甘肃等8地启动建设国家算力枢纽节点*@##，10个国家数据中心集群被写入工程总体“规划”##，“‘东数西算’工程全面启动”@##%。

　　“大模型时代@*#*，‘东数西算’工程将对全国的电力需求和算力需求起到重要的宏观调控作用%@。”张云泉预计@%@#，未来将会有越来越多的大型算力中心或智算中心选址我国西部地区*%**，“东数西训”(即东部地区的AI大模型@#@，在西部地区进行训练记者注)将成为AI与新能源协调发展的典型场景**%#。但他强调#%，推动新能源更好地赋能AI发展*#@，储能是一个需要解决的问题#%@。

　　“大规模储能的建设决定了新能源是否能更好地满足算力需求@*。”田丰也同意张云泉的观点%@@*@。田丰指出%*#，包括光电、风电等在内的新能源@@#，具有间歇性发电的特点%@%，需要依靠储能系统将多发的电及时存储起来@*#，削峰调谷*%%*，以保证电网的供需平衡**#。

　　国家能源局的最新数据显示*%，截至2024年一季度末##，我国已建成投运的新型储能项目累计装机规模达到3530万千瓦@%@%，同比增长超过210%%#@，其中10万千瓦以上的储能电站超5成%#，呈现集中式、大型化的发展趋势@*#。

　　在储能的建设上@#，王鹏着重强调了新能源汽车的分布式储能能力@@@。“随着电池充放电次数和寿命不断提高##**，数亿辆电车利用峰谷电价差来储能并反向回供电网@@，基本可以实现零成本用车甚至盈利####，同时也能解决电网的调峰问题##**@。”

　　此外%#%@，王鹏还认为要重新思考“数据网”和“电力网”的分布式联动与微观布局协同*%%#。他指出%%%*#，为满足短期内快速增长的人工智能推理算力需求@*，除了在西部可再生能源丰富的地区布局大型算力中心@*#，实现“东数西算”；也需要考虑在东部需求侧的数据中心和算力中心附近###@，积极布局分布式可再生能源***%，如与城乡建筑、农业设施等结合的分布式BIPV(光伏建筑一体化)、光储直柔一体化等*#@。“而且还要‘源网荷储’一体化考虑**，尽可能通过微电网实现就地峰谷平衡#%%@%，减少弃风弃光@@*#%。”

　　“这需要电价政策、基础设施建设、政策支持和用户行为等多方面的配合*%%%。”在王鹏看来%%%*%，整个算力网络、输电网络、分布式能源网络%#*，与车辆(充电)网络的高度耦合*@@，或许是解决我国未来AI能耗问题的关键*@**。

　　“在考虑投入和产出算总账的情况下@#，AI实际上进一步提高了社会的生产效率#*#*，降低了能耗@@@。”田丰认为**#%，AI作为新质生产力正在赋能经济社会发展##@，如今的AI大模型已经成为重要的基础科研设施***@%，其训练中的投入%@，最终将为全社会带来新质生产力的红利*%@。

　　目前#*#@，在AI大模型的训练成本中*#*#%，能源消耗成本的占比已经超过一半*####。田丰说%%#@，从基础科研的角度看*%*%，要继续加大对AI技术的投资#@%%*，“现在是奋起直追的时候@*，不应该自束手脚”@*#*%。具体到AI耗能方面@@，他建议#%@%*，可以给予大模型训练一定的能源支持政策%##%@。

　　中青报中青网见习记者 贾骥业 记者 朱彩云 来源：中国青年报

【编辑:张燕玲】


　　

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