Wprowadzenie: Pilna potrzeba zrównoważonego rozwoju w erze sztucznej inteligencji

Zielona sztuczna inteligencja stanowi jeden z najważniejszych paradygmatów 2025 roku, wyłaniając się jako niezbędna odpowiedź na gwałtowny wzrost sztucznej inteligencji i jej wpływ na środowisko. Zielona sztuczna inteligencja jest bardziej przyjazna dla środowiska i bardziej inkluzywna niż konwencjonalna sztuczna inteligencja, ponieważ nie tylko zapewnia dokładne wyniki bez zwiększania kosztów obliczeniowych, ale także zapewnia, że innowacje technologiczne idą w parze z odpowiedzialnością za środowisko.

‍

O pilności tego podejścia świadczą najnowsze dane: według MIT News zapotrzebowanie na energię centrów danych w Ameryce Północnej wzrosło z 2688 megawatów na koniec 2022 r. do 5341 megawatów na koniec 2023 r., częściowo napędzane przez wymagania generatywnej sztucznej inteligencji. Co ważniejsze, według MIT Technology Review, 4,4 procent całej energii w USA trafia obecnie do centrów danych, a intensywność emisji dwutlenku węgla energii elektrycznej wykorzystywanej przez centra danych jest o 48 procent wyższa niż średnia w USA (według badania przeprowadzonego przez Harvard T.H. Chan School of Public Health).

‍

Wpływ sztucznej inteligencji na środowisko: rozwijający się kryzys

Wybuchowe zużycie energii

Rozwój sztucznej inteligencji doprowadził do dramatycznej zmiany w globalnym krajobrazie energetycznym. Według MIT Technology Review, od 2018 r. centra danych odpowiadają obecnie za 4,4% całkowitego zapotrzebowania, w porównaniu z 1,9% w 2018 r. Prognozy na przyszłość są jeszcze bardziej alarmujące: według raportu Międzynarodowej Agencji Energii, zużycie energii elektrycznej przez centra danych ma wzrosnąć ponad dwukrotnie do 2030 roku.

‍

Modele generatywnej sztucznej inteligencji podnoszą te liczby. Jak podkreślono w MIT News, szkolenie klastra generatywnej sztucznej inteligencji może zużywać siedem lub osiem razy więcej energii niż typowe obciążenie obliczeniowe. Aby umieścić to w kontekście, szkolenie GPT-3 zużyło 1287 megawatogodzin energii elektrycznej (wystarczającej do zasilania około 120 przeciętnych amerykańskich domów przez rok), generując około 552 ton dwutlenku węgla.

‍

Eskalacja mocy sprzętu

Wyścig w kierunku coraz potężniejszych modeli doprowadził do eskalacji mocy sprzętowej. Według Deloitte, procesory graficzne dla sztucznej inteligencji działały z mocą 400 watów do 2022 r., podczas gdy najnowocześniejsze procesory graficzne dla generatywnej sztucznej inteligencji w 2023 r. działały z mocą 700 watów, a chipy nowej generacji w 2024 r. mają działać z mocą 1200 watów. Oznacza to wykładniczy wzrost, który obciąża globalną infrastrukturę energetyczną.

‍

Rozwiązania sprzętowe dla efektywności energetycznej

Wyspecjalizowane chipy: Rewolucja sprzętowa AI

Odpowiedzią branży sprzętowej na kryzys związany ze sztuczną inteligencją są coraz bardziej wyspecjalizowane i wydajne chipy:

Jednostki przetwarzania tensorowego (TPU): Według TechTarget, TPU to układy ASIC zaprojektowane do obliczeń o dużej objętości i niskiej precyzji z wieloma operacjami wejścia/wyjścia na dżul. TPU v6e to najnowszy układ Trillium, wydany w październiku 2024 roku, z 4,7 razy wyższą szczytową wydajnością obliczeniową na chip niż TPU v5e.

‍

Układy FPGA (Field-Programmable Gate Arrays): Jak wskazał IBM, układy FPGA są również dobrze przystosowane do zadań, w których efektywność energetyczna jest ważniejsza od szybkości przetwarzania i oferują elastyczność umożliwiającą dostosowanie się do szybkiej ewolucji algorytmów sztucznej inteligencji.

‍

Układy ASIC (Application-Specific Integrated Circuits): Według Geniatech, układy ASIC oferują zalety niskiego zużycia energii, szybkości i niewielkich rozmiarów, stanowiąc najbardziej wydajne rozwiązanie dla specyficznych, wysokonakładowych obciążeń AI.

Pojawienie się krawędziowej sztucznej inteligencji

Kluczowym trendem dla zrównoważonego rozwoju jest ruch w kierunku przetwarzania brzegowego. Według Geniatech, Gartner przewiduje, że do 2025 r. przetwarzanie brzegowe będzie przetwarzać 75% danych generowanych przez wszystkie przypadki użycia, znacznie zmniejszając potrzebę transmisji danych do scentralizowanych centrów danych i związanej z tym energii.

‍

Postęp w zakresie efektywności energetycznej

Dramatyczna poprawa wydajności na wat

Branża czyni znaczne postępy w zakresie efektywności energetycznej. Według firmy NVIDIA, w latach 2016-2025 osiągnęła ona 10 000-krotny wzrost wydajności w zakresie szkolenia i wnioskowania w sztucznej inteligencji, co pokazuje potencjał radykalnych ulepszeń.

‍

Rzeczywistość jest jednak bardziej złożona. Jak donosi David Mytton na swoim blogu DeVSustainability, serwery dwugniazdowe zużywają obecnie między 600-750 W, w porównaniu do 365 W w latach 2007-2023, co wskazuje, że podczas gdy wydajność na operację poprawia się, całkowita moc systemów nadal rośnie.

Optymalizacja oprogramowania i architektury

Strategie programowe stają się kluczowym uzupełnieniem ulepszeń sprzętowych:

Optymalizacja modelu: Modele kwantowe zwykle wymagają znacznie mniej parametrów do szkolenia niż ich klasyczne odpowiedniki, co sugeruje alternatywne podejścia do zmniejszenia złożoności obliczeniowej.

‍

Inteligentne zarządzanie energią: Według MIT Sloan, ograniczenie zużycia energii do 150 lub 250 watów (około 60% do 80% całkowitej mocy) w zależności od używanego procesora nie tylko zmniejsza ogólne zużycie energii przez obciążenia, ale także obniża temperaturę pracy.

‍

Inicjatywy korporacyjne i zobowiązania środowiskowe

Microsoft: Przywództwo w negatywnym wpływie na emisję dwutlenku węgla

Microsoft podjął jedno z najbardziej ambitnych zobowiązań w branży. Jak czytamy na oficjalnym blogu Microsoft 2020, "Do 2025 r. przejdziemy na 100-procentowe dostawy energii odnawialnej, co oznacza, że będziemy mieć umowy na zakup zakontraktowanej zielonej energii dla 100 procent energii elektrycznej emitującej dwutlenek węgla zużywanej przez wszystkie nasze centra danych, budynki i kampusy".

‍

Firma utworzyła również nowy fundusz innowacji klimatycznych o wartości 1 miliarda dolarów, aby przyspieszyć globalny rozwój technologii redukcji, wychwytywania i usuwania dwutlenku węgla.

Rzeczywistość stawia jednak wyzwania. Według GeekWire, Microsoft wyemitował w zeszłym roku ponad 15,4 miliona ton metrycznych ekwiwalentu dwutlenku węgla, przy czym emisje z zakresu 3 stanowiły ponad 96 procent jego śladu węglowego.

Google: pionier w dziedzinie energii odnawialnej

Firma Google osiągnęła znaczące kamienie milowe w zakresie zrównoważonego rozwoju. Według oficjalnej strony internetowej Google Sustainability, "w 2017 roku Google zobowiązało się do zrównoważenia 100 procent swojego zużycia energii energią odnawialną. Cel ten został pomyślnie osiągnięty w 2020 roku".

‍

Firma nadal intensywnie inwestuje: zgodnie z raportem zrównoważonego rozwoju Google 2025: "W 2024 r. zakontraktowaliśmy dodatkowe 19 GW nowej energii odnawialnej w 16 krajach i rozszerzyliśmy działalność na energię jądrową, podpisując naszą pierwszą umowę zakupu energii jądrowej na dużą skalę".

Amazon Web Services: Wyzwanie skali

AWS, największy na świecie dostawca usług w chmurze, wyznaczył ambitne cele, ale spotyka się z krytyką za przejrzystość. Według Climatiq, "Amazon ogłosił 18 nowych projektów energii wiatrowej i słonecznej w regionach AWS w USA, Finlandii, Niemczech, Włoszech i Wielkiej Brytanii, o łącznej mocy 5,6 GW nowej energii odnawialnej".

‍

Jednak według tego samego źródła "krytykę raportowania śladu węglowego AWS można podsumować jako mało szczegółową, nieprzejrzystą i nieprzydatną dla zespołów technologicznych starających się zoptymalizować ich wykorzystanie".

Ramy i narzędzia dla zielonej sztucznej inteligencji

Narzędzia do monitorowania emisji

Przemysł opracował kilka narzędzi do monitorowania i zmniejszania wpływu AI na środowisko:

CarbonTracker i CodeCarbon: Według Carbon Credits, "niektóre z narzędzi używanych do szacowania śladu węglowego technologii AI to CarbonTracker, CodeCarbon, Green algorithms i PowerTop".

eco2AI: Jak opisano w Doklady Mathematics, "eco2AI to biblioteka open-source zdolna do śledzenia emisji ekwiwalentu dwutlenku węgla podczas szkolenia lub wnioskowania o modelach sztucznej inteligencji opartych na Pythonie, biorąc pod uwagę zużycie energii przez urządzenia CPU, GPU, RAM".

Ramy wdrażania zielonej sztucznej inteligencji

Według badania opublikowanego w Industry Science, "wyrafinowane narzędzie oparte na języku Python, dostosowane do śledzenia i zarządzania śladem węglowym modeli uczenia maszynowego i innych zadań obliczeniowych, reprezentuje ewolucję w kierunku bardziej wyrafinowanych narzędzi do zarządzania zrównoważonym rozwojem sztucznej inteligencji".

‍

Regulacje i polityka publiczna

Unijna ustawa o sztucznej inteligencji: model globalny

Unia Europejska przejęła inicjatywę w regulowaniu zrównoważonej sztucznej inteligencji. Według Parlamentu Europejskiego "w czerwcu 2024 r. UE przyjęła pierwsze na świecie przepisy dotyczące sztucznej inteligencji. Ustawa o sztucznej inteligencji będzie w pełni stosowana 24 miesiące po jej wejściu w życie".

‍

Co istotne, według Green Software Foundation, "unijna ustawa o sztucznej inteligencji zyskuje na znaczeniu, gdy spojrzy się na nią w kontekście tego, że UE jest obecnie jednym ze światowych liderów w zakresie polityki środowiskowej i klimatycznej".

Luki prawne i zalecenia

Pomimo postępów, nadal istnieją znaczące luki. Jak podkreślono w artykule opublikowanym w arXiv, "obecne propozycje regulacji dotyczących sztucznej inteligencji, w UE i poza nią, mają na celu stymulowanie niezawodnej (np. ustawa o sztucznej inteligencji) i odpowiedzialnej (np. odpowiedzialność za sztuczną inteligencję) sztucznej inteligencji. Brakuje jednak solidnego dyskursu regulacyjnego i mapy drogowej, aby sztuczna inteligencja i ogólnie technologia były zrównoważone pod względem środowiskowym".

‍

Eksperci proponują konkretne rozwiązania: zgodnie z raportem Tony Blair Institute for Global Change "Ustanów i przyjmij najlepsze praktyki pomiaru zużycia energii i emisji dwutlenku węgla w centrach danych oraz wyodrębnij informacje związane ze sztuczną inteligencją".

‍

Przyszłe perspektywy i wyzwania

Prognozy wzrostu zużycia energii

Prognozy na przyszłość są jednocześnie niepokojące i pełne możliwości. Według IDC, "globalne zużycie energii elektrycznej w centrach danych wzrośnie ponad dwukrotnie w latach 2023-2028, przy pięcioletnim CAGR na poziomie 19,5% i osiągnie 857 terawatogodzin (TWh) w 2028 roku".

‍

Mówiąc dokładniej o sztucznej inteligencji, według tego samego raportu IDC, "oczekuje się, że zużycie energii w centrach danych AI wzrośnie w CAGR o 44,7 procent, osiągając 146,2 terawatogodzin (TWh) do 2027 roku".

Innowacyjne podejście do zrównoważonego rozwoju

Pojawiają się innowacyjne podejścia, takie jak Sustain AI, opisane w artykule MDPI jako "multimodalna struktura głębokiego uczenia się, która integruje konwolucyjne sieci neuronowe (CNN) do wykrywania defektów, rekurencyjne sieci neuronowe (RNN) do predykcyjnego modelowania zużycia energii oraz uczenie ze wzmocnieniem (RL) do dynamicznej optymalizacji zużycia energii".

‍

Green-in AI vs Green-by AI: dwa uzupełniające się paradygmaty

Green-in AI: wewnętrzna optymalizacja

Paradygmat "Green-in AI" koncentruje się na projektowaniu z natury bardziej wydajnych algorytmów i modeli. Według przeglądu opublikowanego w ScienceDirect, są to "strategie projektowania bardziej energooszczędnych algorytmów i modeli uczenia maszynowego poprzez skupienie się na optymalizacji sprzętu i oprogramowania".

‍

Green-by AI: Sztuczna inteligencja dla zrównoważonego rozwoju

Paradygmat "Green-by-AI" wykorzystuje sztuczną inteligencję do poprawy zrównoważonego rozwoju w innych sektorach. Według tego samego przeglądu ScienceDirect, reprezentuje on "podejścia AI do poprawy przyjaznych dla środowiska praktyk w innych sektorach, wykorzystując sztuczną inteligencję do optymalizacji efektywności energetycznej w zastosowaniach zewnętrznych".

‍

Wnioski: W kierunku zrównoważonej przyszłości sztucznej inteligencji

Zielona sztuczna inteligencja stanowi fundamentalną transformację w sposobie pojmowania i wdrażania sztucznej inteligencji. Dane z 2025 r. pokazują, że znajdujemy się w punkcie zwrotnym: wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną dla sztucznej inteligencji i centrów danych jest sprawdzianem tego, jak społeczeństwo zareaguje na potrzeby i wyzwania związane z szerszą elektryfikacją.

‍

Pojawiające się rozwiązania - od specjalistycznego sprzętu po obliczenia kwantowe, od ram monitorowania po polityki regulacyjne - oferują ścieżkę do zrównoważonego rozwoju. Sukces będzie jednak zależał od zdolności branży do zrównoważenia innowacji z odpowiedzialnością za środowisko, zapewniając, że sztuczna inteligencja może stać się kluczową siłą napędową globalnych wysiłków na rzecz osiągnięcia neutralności węglowej.

‍

Rok 2025 przedstawia się jako kluczowy rok, w którym podjęte dziś decyzje zadecydują o tym, czy sztuczna inteligencja będzie częścią problemu klimatycznego, czy też częścią jego rozwiązania. Zielona sztuczna inteligencja nie jest już opcją, ale koniecznością dla zaawansowanej technologicznie i zrównoważonej środowiskowo przyszłości.

‍

Często zadawane pytania

Czym jest zielona sztuczna inteligencja?

Green AI to paradygmat technologiczny, którego celem jest uczynienie sztucznej inteligencji bardziej przyjazną dla środowiska i zrównoważoną. Koncentruje się na uzyskiwaniu dokładnych wyników bez zwiększania kosztów obliczeniowych, zapewniając, że innowacje technologiczne idą w parze z odpowiedzialnością za środowisko.

Dlaczego zielona sztuczna inteligencja jest tak ważna w 2025 roku?

Pilna potrzeba wynika z gwałtownego wpływu sztucznej inteligencji na środowisko. Dane z 2025 r. pokazują, że:

• Zapotrzebowanie na energię centrów danych w Ameryce Północnej wzrosło z 2 688 megawatów (koniec 2022 r.) do 5 341 megawatów (koniec 2023 r.).
• 4,4 procent całej energii w USA trafia do centrów danych
• Intensywność emisji dwutlenku węgla przez energię elektryczną w centrach danych jest o 48% wyższa niż średnia w USA.

Ile energii faktycznie zużywa sztuczna inteligencja?

Wpływ sztucznej inteligencji na energię jest dramatyczny:

• Od 2018 r. udział centrów danych w całkowitym zapotrzebowaniu na energię wzrósł z 1,9% do 4,4%.
• Szkolenie klastra generatywnej sztucznej inteligencji może zużywać 7-8 razy więcej energii niż typowe obciążenie obliczeniowe.
• Szkolenie GPT-3 pochłonęło 1 287 megawatogodzin (co wystarcza na 120 domów w USA przez rok).
• Oczekuje się, że zużycie energii w centrach danych podwoi się do 2030 r.

W jaki sposób sprzęt ewoluuje, aby być bardziej wydajnym?

Branża opracowuje wyspecjalizowane chipy:

Jednostki przetwarzania tensorowego (TPU): TPU v6e oferuje 4,7-krotnie wyższą wydajność niż v5e.

Układy FPGA (Field-Programmable Gate Arrays): zoptymalizowane pod kątem wydajności energetycznej i elastyczności

Układy scalone ASIC (Application-Specific Integrated Circuits): oferują niski pobór mocy, szybkość i niewielkie rozmiary.

Jednak całkowita moc nadal rośnie: moc GPU wzrosła z 400 W (2022 r.) do 700 W (2023 r.), a prognozy na 2024 r. przewidują 1200 W.

‍

Czym jest Edge AI i dlaczego jest ważna dla zrównoważonego rozwoju?

Edge AI przetwarza dane lokalnie, zamiast wysyłać je do scentralizowanych centrów danych. Gartner przewiduje, że do 2025 r. przetwarzanie brzegowe będzie przetwarzać 75% generowanych danych, znacznie zmniejszając zużycie energii związane z transmisją danych.

‍

Jakie postępy poczyniono w zakresie efektywności energetycznej?

NVIDIA osiągnęła 10 000-krotny wzrost wydajności w zakresie szkolenia i wnioskowania w sztucznej inteligencji w latach 2016-2025. Jednak nowoczesne serwery zużywają 600-750 W w porównaniu do 365 W w latach 2007-2023, co pokazuje, że chociaż wydajność na operację poprawia się, całkowita moc nadal rośnie.

‍

Co duże firmy technologiczne robią dla zrównoważonego rozwoju?

Microsoft: Zobowiązanie do 100 procent energii odnawialnej do 2025 r. i 1 miliardowy fundusz na innowacje klimatyczne. Jednak w 2024 r. firma wyemitowała 15,4 mln ton ekwiwalentu CO2.

Google: Osiągnięcie 100 procent energii odnawialnej w 2020 r. i zakontraktowanie 19 GW nowej energii odnawialnej w 16 krajach do 2024 r.

Amazon AWS: Ogłosił 18 nowych projektów odnawialnych o mocy 5,6 GW, ale jest krytykowany za brak przejrzystości w raportowaniu.

‍

Czy istnieją narzędzia do monitorowania wpływu sztucznej inteligencji na środowisko?

Tak, dostępnych jest kilka narzędzi:

• CarbonTracker i CodeCarbon: Aby oszacować ślad węglowy
• eco2AI: Biblioteka open-source do śledzenia emisji podczas szkolenia i wnioskowania
• Zielone algorytmy i PowerTop: Inne specjalistyczne narzędzia do monitorowania

Jak regulowana jest zielona sztuczna inteligencja?

UE przejęła inicjatywę dziękiunijnej ustawie o sztucznej inteligencji, przyjętej w czerwcu 2024 r. - pierwszym na świecie przepisom dotyczącym sztucznej inteligencji, które będą w pełni stosowane po 24 miesiącach. Eksperci wskazują jednak na luki w dyskursie regulacyjnym, aby sztuczna inteligencja była zrównoważona środowiskowo.

Jakie są przyszłe prognozy dotyczące zużycia energii przez sztuczną inteligencję?

Prognozy są alarmujące:

• Globalna konsumpcja centrów danych podwoi się w latach 2023-2028 (CAGR 19,5%)
• Osiągnie 857 TWh w 2028 r.
• Zużycie energii związane ze sztuczną inteligencją będzie rosło w tempie 44,7% CAGR, osiągając 146,2 TWh do 2027 roku.

Jaka jest różnica między Green-in AI i Green-by AI?

Green-in AI: Koncentruje się na projektowaniu bardziej energooszczędnych algorytmów i modeli poprzez optymalizację sprzętu i oprogramowania.

Green-by AI: Wykorzystanie sztucznej inteligencji do poprawy zrównoważonego rozwoju w innych obszarach poprzez wykorzystanie sztucznej inteligencji do optymalizacji efektywności energetycznej w zastosowaniach zewnętrznych.

‍

Dlaczego rok 2025 jest uważany za kluczowy dla zielonej sztucznej inteligencji?

Rok 2025 stanowi punkt zwrotny, w którym podjęte dziś decyzje określą, czy sztuczna inteligencja będzie częścią problemu klimatycznego, czy też częścią jego rozwiązania. Wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną dla AI jest testem na to, jak społeczeństwo zareaguje na wyzwania związane z szerszą elektryfikacją. Zielona sztuczna inteligencja nie jest już opcją, ale koniecznością dla zaawansowanej technologicznie i zrównoważonej środowiskowo przyszłości.

‍

‍