Environmentální krize: Spotřeba vody kvůli AI technologiím dramaticky roste

Hlavní město s datovými centry společnosti vyjádřilo obavy ohledně možného vlivu na dodávky vody pro obyvatele. Satya Nadella, CEO společnosti Microsoft, diskutoval o spolupráci s OpenAI, tvůrcem ChatGPT. Na otázku, kolik stojí vybudování umělé inteligence jako je ChatGPT, je ale těžké odpovědět.

Nicméně, pro technologii podporovanou Microsoftem bylo potřeba vody víc než dost. Tato voda byla čerpána z povodí řek Raccoon a Des Moines v centrálním státě USA Iowa. Voda původně sloužila k chlazení superpočítače, který měla za úkol učit generativní AI napodobovat písemnou formu lidské komunikace. Technologičtí giganti, jako jsou Microsoft, OpenAI a Google, přiznávají, že rostoucí poptávka po jejich AI nástrojích má svou cenu, ať už jde o nákladné polovodiče nebo abnormální spotřebu vody.

Obrázek 1 – Iowa, Spojené státy

Vznik GPT-4 vedle kukuřičných polí

Avšak konkrétní detaily často zůstávají v tajnosti. Jen málo lidí v Iowě vědělo o jejím postavení v oblasti AI, než výkonný ředitel Microsoftu zmínil, že GPT-4 byl doslova vytvořeno vedle kukuřičných polí západně od Des Moines.

Analýza vzorců v obrovském množství textů vyžaduje velké množství elektřiny a generuje hodně tepla. K jejímu chlazení v horkých dnech je potřeba čerpat vodu do chladících věží mimo velké budovy datových center.

Vzrůst globální spotřeby vody o 34 %

Podle nejnovější environmentální zprávy vzrostla globální spotřeba vody Microsoftu mezi roky 2021 a 2022 o 34 %, což je výrazný nárůst ve srovnání s předchozími lety. Toto číslo se často spojuje s výzkumem AI.

„Je spravedlivé říci, že většina tohoto růstu je způsobena trénováním a provozováním umělé inteligence,“ komentoval Shaolei Ren z University of California. V dokumentu, který bude zveřejněn později tohoto roku, odhaduje Renův tým, že ChatGPT spotřebuje při odpovídání na otázky až 500 ml vody na sérii 5 až 50 příkazů. Tento odhad zahrnuje i nepřímou spotřebu vody, například na chlazení elektráren.

Energetická náročnost AI modelů

Google nahlásil nárůst spotřeby vody o 20 % ve stejném období, což Ren přičítá právě trénování a provozování umělé inteligence. Microsoft v reakci na dotazy od Associated Press uvedl, že investuje do výzkumu energetické a uhlíkové stopy AI, díky čemuž by vzniklé emise z techniky, na nichž běží AI, mohl redukovat.

OpenAI v prohlášení uvedlo, že uznává, že školení velkých modelů může být náročné na energii a vodu. „Uvědomujeme si, že trénink velkých modelů může být energeticky a vodohospodářsky náročný“ a snažíme se proto o co nejefektivnější využití počítačové výpočetní síly.“

Microsoft v roce 2019 investoval první miliardu dolarů do OpenAI, dlouho předtím, než startup představil ChatGPT. Součástí dohody bylo, že Microsoft bude dodávat výpočetní výkon potřebný pro školení AI modelů.

Obrázek 2 – Midjourney: Iowa lake

Datová centra v Iowě

Aby společnosti mohly alespoň část této práce vykonat, obrátily se obě společnosti na město West Des Moines ve státě Iowa, kde žije 68 000 obyvatel a kde Microsoft již více než deset let buduje datová centra pro své cloudové služby. Čtvrté a páté datové centrum se tam má otevřít ještě letos.

„Staví je tak rychle, jak jen mohou,“ řekl Steve Gaer, který byl v době příchodu Microsoftu starostou města. Gaer uvedl, že společnost přilákalo odhodlání města budovat veřejnou infrastrukturu a přispěla „ohromující“ částkou prostřednictvím daňových plateb, které tyto investice podporují.

„Musím ale přiznat, že ohledně toho, co tam dělají byli dosti tajnůstkářští,“ dodal.

Společnost Microsoft poprvé roku 2020 uvedla, že se snaží o vytvoření jednoho z nejvýkonnějších superpočítačů na světě pro OpenAI, přičemž agentuře AP tehdy odmítla prozradit, kde se údajný superpočítač vůbec nachází, popsala jej pouze jako „jediný systém“ s více než 285 000 jádry běžných polovodičů a 10 000 grafickými procesory – druhy čipů, které se staly klíčovými pro provozování umělé inteligence. Pro zajímavost, v současnosti se již vyvíjí přímo specializované čipy, které mají propůjčovat systémům pro umělou inteligenci znatelný nárůst ve výpočetní síle. O jednom takovém čipu, který u veřejnosti vzbudil velkou zvědavost, se můžete dočíst zde: Čip KL730: Nový výpočetní gigant na scéně umělé inteligence.

Podle odborníků dává krok Microsoftu smysl, poněvadž samotné „předtrénování“ modelu umělé inteligence vyžaduje obrovskou výpočetní sílu, která se dá nejlépe dosáhnout, když je veškerý hardware k tomu určený na jednom místě.

Teprve koncem května prezident společnosti Microsoft Brad Smith prozradil, že společnost vybudovala své „pokročilé superpočítačové datové centrum AI“ v Iowě, a to výhradně proto, aby umožnila společnosti OpenAI trénovat model, který se stal čtvrtou generací modelu GPT-4. Tento model nyní pohání prémiové verze ChatGPT a některé vlastní produkty společnosti Microsoft.

Obrázek 3 – Midjourney: Iowa lake

Od Silikonového údolí k Iowskému chladnému prostředí

„Ačkoli byl model vyvíjen v Kalifornii, ve skutečnosti ale vznikl v Iowě,“ uvedl Brad Smith, což přidává novou vrstvu komplexnosti k celému příběhu. Zatímco intelektuální a konceptuální práce probíhala v technologickém epicentru Kalifornie, fyzická podstata tohoto průkopnického modelu byla realizována v Iowě, v srdci amerického Středozápadu.

Tento geografický rozdíl je nejen symbolický, ale také důležitý pro chápání, jak se rozvíjející se ekosystém umělé inteligence stává stále globálnějším a více distribuovaným. Kalifornie, známá jako kolébka technologických inovací, poskytuje intelektuální kapitál. Naproti tomu Iowa, stát obvykle neasociovaný s hi-tech průmyslem, může hostit klíčová datová centra. Nejenže je takový stát méně nápadný, ale zároveň je zde i dostatečný přísun vody potřebné k chlazení.

V některých ohledech je West Des Moines relativně efektivním místem pro trénink výkonného systému AI, zejména ve srovnání s datovými centry Microsoftu v Arizoně, která při stejných nárocích na výpočetní výkon spotřebují mnohem více vody.

„Pokud tedy vyvíjíte modely umělé inteligence v rámci společnosti Microsoft, měli byste si naplánovat trénink v Iowě, a ne v Arizoně,“ řekl Ren. „Z hlediska školení v tom není žádný rozdíl. Pokud jde o spotřebu vody nebo energie, je to velký rozdíl.“

Obrázek 4 – Midjourney: Raindrop

Microsoft odčerpal až 11,5 milionu galonů vody

Po většinu roku je v Iowě dostatečně chladné počasí na to, aby Microsoft mohl používat venkovní vzduch k udržení správného chodu superpočítače a k odvětrání tepla z budovy. Pouze když teplota překročí 29,3 stupně Celsia (asi 85 stupňů Fahrenheita), je nutné použít i vodní zdroje, uvedla společnost ve veřejném prohlášení.

Nicméně, i takovéto chvíle nesmírně zatěžují místní vodní nádrže. V červenci roku 2022, tedy měsíc předtím, než OpenAI podle svých slov dokončila školení GPT-4, Microsoft podle údajů West Des Moines Water Works odčerpal do svého klastru datových center v Iowě přibližně 11,5 milionu galonů vody. To činilo asi 6 % veškeré vody spotřebované v této čtvrti, která také dodává pitnou vodu obyvatelům města.

Snaha o redukci vodní spotřeby

West Des Moines Water Works, lokální dodavatel vody, v reakci na tuto vysokou spotřebu zvažuje budoucí spolupráci s Microsoftem jen v případě, že společnost bude schopna redukovat svou enormní spotřebu. Společnost Microsoft odpověděla, že je v těsném kontaktu s West Des Moines Water Works a má v plánu významně spotřebu snížit, a to i přesto, že provozní potřeby by měly zůstat nezměněny.

Společnost West Des Moines Water Works také potvrdila, že Microsoft byl během let dobrým partnerem. Uznala, že společnost již podnikla kroky k snížení své vodní stopy a bude pokračovat ve spolupráci s místními orgány, aby zajistila udržitelný přístup k vodním zdrojům.

Ovšem spotřeba vody je jen jedním z environmentálních problémů, které s sebou přináší umělá inteligence. Nárůst energetické náročnosti a emisí skleníkových plynů jsou dalšími alarmujícími faktory, které je nutné brát na zřetel.

Tento nárůst vodní spotřeby, často poháněný rozšiřováním datových center a zvyšujícím se využitím umělé inteligence, poukazuje na komplexní a stále naléhavější problém: Jak sladit rychlý technologický růst s trvalou udržitelností a minimálním dopadem na životní prostředí?

Obrázek 5 – Midjourney: Iowa river

Udržitelnost vs prosperita

Města jako West Des Moines, která jsou hostiteli pro tato velká technologická centra, se stávají klíčovými hráči v této rovnici. Jejich role je dvojí: Na jedné straně potřebují přilákat investice a inovace, které přinášejí tyto globální korporace, na straně druhé musí ale zároveň chránit a řídit přírodní zdroje, které zajišťují stabilní kvalitu života jejich obyvatel.

Nenechte se ale zmást, pojem „udržitelnost“ není pouze modní fráze nebo to-do čtvereček, který je třeba zaškrtnout na korporátní agendě. Ve světle rostoucích ekologických výzev, včetně změn klimatu a ztráty biodiverzity, se jedná o nezbytný imperativ. Firmy a komunity musí společně vyvíjet konkrétní strategie, jak řešit tento společný problém.

To může zahrnovat vše od investic do nových technologií pro účinnější chlazení a zpracování dat, až po implementaci širších politik řízení vodních zdrojů na městské a regionální úrovni. Ačkoliv je AI jedním z hnacích motorů této narůstající potřeby, může být paradoxně také součástí řešení – například v analýze dat o vodním hospodářství a v predikci spotřeby.

Shrnutí:

• Spotřeba vody Microsoftu vzrostla o 34 % mezi lety 2021 a 2022, což způsobilo obavy v oblasti udržitelnosti vodních zdrojů. Tento nárůst je významný a velmi úzce souvisí s umělou inteligencí, konkrétně s jejím trénováním a provozem.
• Voda je čerpána zejména z povodí řek v Iowě a slouží k chlazení superpočítačů, které trénují generativní AI modely.
• I přes obrovské náklady na spotřebu vody a energie investuje Microsoft do výzkumu snížení energetické a uhlíkové stopy svých AI modelů s cílem podpořit vodní udržitelnost a zároveň zachovat provozní potřeby pro své AI modely.
• Vzhledem k energetické náročnosti AI modelů a jejich negativnímu dopadu na globální změnu klimatu, bude klíčové zajistit udržitelné podmínky pomocí optimalizace kódu a využití obnovitelných energetických zdrojů.