人工智能大發(fā)展對算力和能源影響研究

當(dāng)前人工智能不斷突破并廣泛應(yīng)用，催生了算力需求爆發(fā)式增長，不但產(chǎn)生“算力焦慮”，也加大了電力消耗。本文認(rèn)為，從順應(yīng)技術(shù)演進(jìn)趨勢、引領(lǐng)新質(zhì)生產(chǎn)力、培育國家競爭力的高度，應(yīng)加強(qiáng)整體謀劃，加大統(tǒng)籌力度，進(jìn)一步優(yōu)化完善相關(guān)政策舉措，促進(jìn)我國數(shù)據(jù)中心等算力基礎(chǔ)設(shè)施綠色化發(fā)展、低碳化運(yùn)營，緩解“算力焦慮”，助力“雙碳”目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)，以算力高質(zhì)量發(fā)展支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

一、基本情況

（一）人工智能大發(fā)展對算力提出海量需求

人工智能，特別是大模型快速發(fā)展催生海量計(jì)算需求。“深度學(xué)習(xí)”時(shí)代之前，算力需求每24個(gè)月翻一倍；進(jìn)入“深度學(xué)習(xí)”時(shí)代，算力每3至4個(gè)月就要翻一倍；在大模型時(shí)代，算力需求每2個(gè)月就要翻倍。根據(jù)OpenAI發(fā)布的數(shù)據(jù)，2012至2018年，算力需求增長了30萬倍。華為預(yù)測，到2030年，算力還將增長500倍。盡管芯片技術(shù)以每18個(gè)月增加一倍的速度飛速進(jìn)步，但仍難以滿足需求，引發(fā)了“一卡難求”和“算力焦慮”。

“算力焦慮”產(chǎn)生的根本原因在于大模型“大力出奇跡”的解決方式。盡管人工智能不能自主產(chǎn)生知識，但可以通過計(jì)算來獲得數(shù)據(jù)背后的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，大模型正是利用這一原理，通過堆積算力、反復(fù)試錯(cuò)，解決很多此前沒有解決的問題，甚至催生“奇跡”。以前機(jī)器難以解決的自動駕駛、語音圖像識別、內(nèi)容創(chuàng)作等問題，現(xiàn)在大模型加持下，依托強(qiáng)大算力，都可以不斷完善形成可接受方案。

著眼未來，人工智能每一次技術(shù)突破都需要更多的算力保障。算力瓶頸日益加劇，是人工智能發(fā)展，特別是應(yīng)用領(lǐng)域面臨的難題之一。

（二）算力持續(xù)增長導(dǎo)致電力消耗不斷增大

算力的盡頭是電力。當(dāng)前，產(chǎn)業(yè)界都在追逐“AI”夢，比拼大模型。但大模型的質(zhì)量需要高算力支撐，背后是數(shù)以萬計(jì)芯片卡晝夜不停運(yùn)轉(zhuǎn)，能耗成為決定算力、決勝大模型的關(guān)鍵之一。OpenAI首席執(zhí)行官薩姆·奧特曼表示“未來的人工智能取決于核聚變等能源突破”。

黨中央、國務(wù)院高度重視算力規(guī)劃布局和綠色化發(fā)展。今年《政府工作報(bào)告》提出了“適度超前建設(shè)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，加快形成全國一體化算力體系”，凸顯了我國對算力建設(shè)和節(jié)能降耗的重視與支持。中央網(wǎng)信辦、國家發(fā)改委、工業(yè)和信息化部制定出臺相關(guān)政策，不斷推動數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展、綠色化發(fā)展，緩解“算力焦慮”和能耗危機(jī)。同時(shí)，業(yè)界針對降低功耗進(jìn)行了卓有成效的努力，如搭載英偉達(dá)最新GB200芯片的AI服務(wù)器，相比搭載同樣數(shù)量的上一代產(chǎn)品H100，在大語言模型推理上的能耗可降至1/25。

但目前大模型的發(fā)展方式仍是不斷增加參數(shù)、疊加芯片，導(dǎo)致提供算力的數(shù)據(jù)中心耗電量在不斷升高。根據(jù)信通院數(shù)據(jù)，截至2023年底，我國數(shù)據(jù)中心總耗電量達(dá)到1500億千瓦時(shí)，同比增長15%，占全社會用電1.6%。如果按此趨勢，能源供給壓力持續(xù)增大，碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)也面臨挑戰(zhàn)。英偉達(dá)首席執(zhí)行官黃仁勛表示，“我們不能只想著算力，如果只考慮計(jì)算機(jī)，我們需要燒掉14個(gè)地球的能源”。特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克預(yù)計(jì)，未來將由“缺硅”變成“缺電”，這將阻礙人工智能的發(fā)展。

二、最新情況和問題

目前研究成果多以技術(shù)視角對數(shù)據(jù)中心運(yùn)營情況進(jìn)行分析，針對數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的電力消費(fèi)和碳排放對我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長遠(yuǎn)影響和”雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，提出加快技術(shù)和系統(tǒng)研發(fā)、推進(jìn)電力市場建設(shè)、完善激勵(lì)機(jī)制等建議。有關(guān)建議與國家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦聯(lián)合印發(fā)的《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》中提出的“統(tǒng)籌規(guī)劃、科學(xué)布局；集約建設(shè)、節(jié)能降碳；改革創(chuàng)新，完善生態(tài)”的思路是基本一致的。在此基礎(chǔ)上，本文發(fā)現(xiàn)國內(nèi)數(shù)據(jù)中心低碳運(yùn)營存在以下新情況。

一是受智算等新技術(shù)新應(yīng)用影響，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型面臨資金和技術(shù)壓力。推廣人工智能技術(shù)有可能進(jìn)一步加劇了數(shù)據(jù)中心能耗矛盾，隨著普通計(jì)算不斷向超算、智算中心轉(zhuǎn)型升級，改造成本和能耗將會進(jìn)一步增加。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心改造過程中，PUE等低碳運(yùn)營評價(jià)指標(biāo)過于簡單，不能真實(shí)合理反映數(shù)據(jù)中心升級改造成效。信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)品在數(shù)據(jù)中心更新替換應(yīng)用中對耗電、空間布局等方面產(chǎn)生一定壓力。隱私計(jì)算等新興數(shù)據(jù)交易技術(shù)推廣應(yīng)用不斷增大數(shù)據(jù)中心能耗水平。

二是受大模型產(chǎn)業(yè)帶動效益影響，東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)傾向留有本地算力，增大了“東數(shù)西算”一體化協(xié)同復(fù)雜度。一方面，為了吸引人工智能“金鳳凰”落戶，一線城市需要在爭奪人工智能企業(yè)中提升自身競爭力，需要自有可控算力作為招商“金字招牌”。另一方面，算力價(jià)值不斷提升，重要性日益凸顯，一線城市不愿將算力產(chǎn)業(yè)拱手讓人，特別是擔(dān)憂將來可能在算力不足上受制于人。考慮到以上因素，東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)也在加快建設(shè)區(qū)域算力中心，推進(jìn)“萬卡計(jì)劃”，增大了東中西部算力一體化協(xié)同復(fù)雜度。

另外，受美國禁止英偉達(dá)向大陸出售人工智能芯片影響，從去年底開始，越來越多國內(nèi)企業(yè)開始使用海外算力。英偉達(dá)禁售后，國內(nèi)企業(yè)使用國際帶寬業(yè)務(wù)有了較大增長。客戶主要為中小互聯(lián)網(wǎng)公司，目的是尋求使用英偉達(dá)海外最先進(jìn)的算力，由此引發(fā)“內(nèi)數(shù)外算”，產(chǎn)生一定數(shù)據(jù)出境安全風(fēng)險(xiǎn)。

三、有關(guān)建議

本文在充分研究吸納相關(guān)建議的基礎(chǔ)上，提出以下補(bǔ)充建議。

一是加強(qiáng)跟蹤研究和施政效果評估。跟蹤研究人工智能大發(fā)展對新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃布局的影響，定期開展政策效果綜合評估，根據(jù)評估結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)據(jù)中心空間布局，逐步調(diào)整數(shù)據(jù)中心用能結(jié)構(gòu)。加大財(cái)政、能源、數(shù)據(jù)出境、人工智能、信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新等方面綜合統(tǒng)籌協(xié)調(diào)力度。

二是探索對大模型需求算力進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。目前，國內(nèi)約有超200個(gè)通用大模型，基本都在靠增加參數(shù)堆積芯片提升性能，走同質(zhì)化競爭路線，且計(jì)算內(nèi)容高度重復(fù)。建議在現(xiàn)有大模型備案基礎(chǔ)上，探索規(guī)劃大模型技術(shù)創(chuàng)新路線，對大模型需求算力進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，避免多頭重復(fù)運(yùn)算造成的能耗浪費(fèi)。

三是加大綠色化低碳化數(shù)據(jù)中心技術(shù)和管理創(chuàng)新扶持。加大綠電供給、散熱技術(shù)、監(jiān)測系統(tǒng)及系統(tǒng)集成創(chuàng)新，利用試點(diǎn)項(xiàng)目推動技術(shù)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，提高綠電直供占比。鼓勵(lì)研發(fā)性能與功能均衡的信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)品，重點(diǎn)扶持該類產(chǎn)品的替代使用。

四是優(yōu)化調(diào)整相關(guān)評價(jià)考核指標(biāo)體系。對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心能耗，建立多元化的能耗考核指標(biāo)體系。對于智能新型數(shù)據(jù)中心，增加能效管理和監(jiān)控考核指標(biāo)。對于利用海洋、山洞等自然條件的數(shù)據(jù)中心，增加綠色考核指標(biāo)。鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心部署應(yīng)用區(qū)塊鏈、隱私計(jì)算等安全可信技術(shù)，探索設(shè)立信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新產(chǎn)品能耗獨(dú)立評價(jià)指標(biāo)。