如何在提升智效的同时解决能耗难题？AI迎来“大考”

2024-05-28 10:27:47 | 来源：GG之家
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本文转自：中新网

武汉黄鹤楼吸引海内外游客“为诗而来”

　　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�*##@@。盎乖睹挥写锏街圃煲涤玫绲氖考丁�**#。

　　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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