بفضل طفرة الذكاء الاصطناعي، تنشأ مراكز بيانات جديدة بنفس سرعة بناء الشركات لها. وقد ترجم هذا إلى طلب هائل على الطاقة لتشغيل وتبريد الخوادم داخلها. والآن تتزايد المخاوف بشأن ما إذا كانت الولايات المتحدة قادرة على توليد ما يكفي من الكهرباء لتبني الذكاء الاصطناعي على نطاق واسع، وما إذا كانت شبكتنا المتقادمة ستكون قادرة على تحمل الحمل.
“إذا لم نبدأ في التفكير في مشكلة الطاقة هذه بشكل مختلف الآن، فلن نرى هذا الحلم الذي نحلم به أبدًا”، كما قال ديبتي فاتشاني، رئيس قسم السيارات في شركة آرم. أصبحت معالجات شركة الرقائق منخفضة الطاقة شائعة بشكل متزايد مع الشركات الضخمة مثل جوجل, مايكروسوفت , وحي و أمازون – على وجه التحديد لأنهم قادرون تقليل استخدام الطاقة بنسبة تصل إلى 15% في مراكز البيانات.
نفيدياأحدث إصدار شريحة الذكاء الاصطناعيتستخدم شركة Grace Blackwell وحدات معالجة مركزية تعتمد على Arm، وتقول إنها قادرة على تشغيل نماذج الذكاء الاصطناعي التوليدي باستخدام طاقة أقل بنحو 25 مرة من الجيل السابق.
وقال فاتشاني “إن توفير كل قطرة أخيرة من الطاقة سيكون تصميمًا مختلفًا تمامًا عن التصميم الذي تحاول من خلاله تحقيق أقصى قدر من الأداء”.
إن هذه الاستراتيجية المتمثلة في تقليل استخدام الطاقة من خلال تحسين كفاءة الحوسبة، والتي يشار إليها غالبًا باسم “مزيد من العمل لكل واط”، هي إحدى الإجابات على أزمة طاقة الذكاء الاصطناعي. لكنها ليست كافية على الإطلاق.
وفقًا لتقرير جديد، يستخدم استعلام ChatGPT ما يقرب من 10 أضعاف الطاقة التي يستخدمها بحث Google النموذجي. تقرير بواسطة جولدمان ساكس. يمكن استخدام إنشاء صورة الذكاء الاصطناعي نفس القدر من الطاقة التي تشحن بها هاتفك الذكي.
هذه المشكلة ليست جديدة. فقد وجدت تقديرات عام 2019 أن تدريب نموذج لغوي كبير أنتجت كمية من ثاني أكسيد الكربون تعادل العمر الافتراضي لخمس سيارات تعمل بالغاز.
كما تشهد الشركات العملاقة التي تبني مراكز البيانات لاستيعاب هذا الاستهلاك الهائل للطاقة ارتفاعًا في الانبعاثات. أحدث تقرير بيئي من Google تقرير أظهرت انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري ارتفعت بنسبة 50% تقريبًا من عام 2019 إلى عام 2023 جزئيًا بسبب استهلاك طاقة مراكز البيانات، على الرغم من أنها قالت أيضًا إن مراكز البيانات الخاصة بها تتمتع بكفاءة في استخدام الطاقة بنحو 1.8 مرة أكثر من مركز البيانات النموذجي. انبعاثات مايكروسوفت وَردَة حوالي 30% من عام 2020 إلى عام 2024، ويرجع ذلك أيضًا جزئيًا إلى مراكز البيانات.
وفي مدينة كانساس سيتي، حيث تقوم شركة ميتا ببناء مركز بيانات يركز على الذكاء الاصطناعي، فإن احتياجات الطاقة مرتفعة للغاية لدرجة أن تم تأجيل خطط إغلاق محطة طاقة تعمل بالفحم.
مئات من كابلات الإيثرنت تربط رفوف الخوادم في مركز بيانات Vantage في سانتا كلارا، كاليفورنيا، في 8 يوليو 2024.
كاتي تاراسوف
مطاردة القوة
هناك اكثر من 8000 مركز بيانات حول العالم، مع أعلى تركيز في الولايات المتحدة، وبفضل الذكاء الاصطناعي، سيكون هناك المزيد بحلول نهاية العقد. مجموعة بوسطن الاستشارية التقديرات من المتوقع أن يرتفع الطلب على مراكز البيانات بنسبة 15% إلى 20% سنويًا حتى عام 2030، حيث من المتوقع أن تشكل 16% من إجمالي استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة. وهذا أعلى من 2.5% فقط قبل إطلاق ChatGPT من OpenAI في عام 2022، وهو ما يعادل الطاقة التي يستخدمها حوالي ثلثي سكان الولايات المتحدة. من إجمالي المنازل في الولايات المتحدة.
زارت قناة CNBC مركز بيانات في وادي السيليكون لمعرفة كيف يمكن للصناعة التعامل مع هذا النمو السريع، وأين ستجد القوة الكافية لجعل ذلك ممكنا.
وقال جيف تينش، نائب الرئيس التنفيذي لشركة Vantage Data Center في أمريكا الشمالية ومنطقة آسيا والمحيط الهادئ: “نعتقد أن حجم الطلب الذي سنراه من التطبيقات الخاصة بالذكاء الاصطناعي سيكون بنفس القدر أو أكثر مما رأيناه تاريخيًا من الحوسبة السحابية”.
تتعاقد العديد من شركات التكنولوجيا الكبرى مع شركات مثل Vantage لاستضافة خوادمها. وقال تينش إن مراكز بيانات Vantage لديها القدرة عادة على استخدام ما يصل إلى 64 ميغاواط من الطاقة، أو ما يعادل طاقة عشرات الآلاف من المنازل.
وقال تينش “إن العديد من هذه الوحدات يتم استغلالها من قبل عملاء فرديين، حيث سيتم تأجير كامل المساحة لهم. وعندما نفكر في تطبيقات الذكاء الاصطناعي، فإن هذه الأرقام يمكن أن تنمو بشكل كبير إلى مئات الميجاواط”.
كانت مدينة سانتا كلارا في ولاية كاليفورنيا، حيث زارت قناة سي إن بي سي موقع Vantage، منذ فترة طويلة واحدة من أكثر الأماكن سخونة في البلاد لتجمعات مراكز البيانات بالقرب من العملاء المتعطشين للبيانات. وكان مقر شركة إنفيديا مرئيًا من السطح. وقال تينش إن هناك “تباطؤًا” في شمال كاليفورنيا بسبب “نقص توافر الطاقة من المرافق هنا في هذه المنطقة”.
تقوم شركة Vantage ببناء فروع جديدة في أوهايو وتكساس وجورجيا.
وقال تينش: “إن الصناعة نفسها تبحث عن أماكن حيث يتوفر الوصول المباشر إلى مصادر الطاقة المتجددة، سواء طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، والبنية الأساسية الأخرى التي يمكن الاستفادة منها، سواء كان ذلك جزءًا من برنامج حافز لتحويل ما كان ليكون محطة تعمل بالفحم إلى الغاز الطبيعي، أو البحث بشكل متزايد عن طرق للاستفادة من الطاقة من المنشآت النووية”.
تقوم Vantage Data Centers بتوسيع الحرم الجامعي خارج فينيكس، أريزونا، لتقديم 176 ميغاواط من القدرة
مراكز بيانات فانتاج
تقوية الشبكة
إن الشبكة الكهربائية المتقادمة غالباً ما تكون غير مجهزة للتعامل مع الأحمال حتى في الحالات التي يمكن فيها توليد طاقة كافية. ويحدث الاختناق في نقل الطاقة من موقع التوليد إلى حيث يتم استهلاكها. ويتلخص أحد الحلول في إضافة مئات أو آلاف الأميال من خطوط النقل.
وقال شاولي رين، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية والحاسوبية في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد: “إن هذا مكلف للغاية ويستغرق وقتا طويلا، وفي بعض الأحيان تنتقل التكلفة إلى السكان من خلال زيادة فاتورة المرافق”.
كان أحد الجهود التي بلغت تكلفتها 5.2 مليار دولار لتوسيع الخطوط إلى منطقة فيرجينيا المعروفة باسم “زقاق مركز البيانات” التقى بالمعارضة من دافعي الضرائب المحليين الذين لا يريدون رؤية زيادة فواتيرهم لتمويل المشروع.
الحل الآخر هو استخدام برامج التنبؤ لتقليل الأعطال في إحدى أضعف نقاط الشبكة: المحول.
“يجب أن تمر كل الكهرباء المولدة عبر محول” قال فيي تكنولوجيز الرئيس التنفيذي راؤول تشاتورفيدي، مضيفًا أن هناك 60 مليونًا إلى 80 مليونًا منهم في الولايات المتحدة
يبلغ متوسط عمر المحولات أيضًا 38 عامًا، لذا فهي سبب شائع لانقطاع التيار الكهربائي. استبدالها مكلف وبطيء. تصنع شركة VIE مستشعرًا صغيرًا يتم تثبيته بالمحولات للتنبؤ بالأعطال وتحديد المحولات التي يمكنها تحمل المزيد من الحمل حتى يمكن تحويله بعيدًا عن المحولات المعرضة لخطر الفشل.
وقال تشاتورفيدي إن الأعمال تضاعفت ثلاث مرات منذ إطلاق ChatGPT في عام 2022، ومن المتوقع أن تتضاعف أو تتضاعف ثلاث مرات مرة أخرى في العام المقبل.
الرئيس التنفيذي لشركة VIE Technologies راؤول تشاتورفيدي يحمل جهاز استشعار في 25 يونيو 2024، في سان دييغو. تقوم شركة VIE بتثبيت هذه الأجهزة على المحولات القديمة للمساعدة في التنبؤ بأعطال الشبكة وتقليلها.
فيي تكنولوجيز
تبريد الخوادم
وستحتاج مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي التوليدي أيضًا إلى سحب ما بين 4.2 مليار إلى 6.6 مليار متر مكعب من المياه بحلول عام 2027 لتظل باردة، وفقًا لـ بحث رينوهذا أكثر من إجمالي سحب المياه السنوي لنصف المملكة المتحدة.
قال توم فيرجسون، الشريك الإداري في شركة Burnt Island Ventures: “الجميع قلقون بشأن استهلاك الذكاء الاصطناعي للطاقة. يمكننا حل هذه المشكلة عندما نتحرك من مكاننا ونتوقف عن التصرف بحماقة فيما يتعلق بالطاقة النووية، أليس كذلك؟ هذا قابل للحل. الماء هو العامل الأساسي المحدد لما سيأتي فيما يتعلق بالذكاء الاصطناعي”.
وجد فريق البحث التابع لـ Ren أن كل 10 إلى 50 مطالبة ChatGPT يمكن أن تحرق حول ما قد تجده في زجاجة ماء قياسية سعة 16 أونصة.
يتم استخدام الكثير من هذه المياه في التبريد التبخيري، ولكن مركز بيانات سانتا كلارا التابع لشركة Vantage يحتوي على وحدات تكييف هواء كبيرة تعمل على تبريد المبنى دون الحاجة إلى سحب أي مياه.
الحل الآخر هو استخدام السائل للتبريد المباشر للشريحة.
“بالنسبة للعديد من مراكز البيانات، يتطلب هذا قدرًا هائلاً من التعديل والتحديث. في حالتنا في Vantage، قبل حوالي ست سنوات، قمنا بنشر تصميم يسمح لنا بالاستفادة من حلقة المياه الباردة هنا على أرضية قاعة البيانات”، كما قال تينش من Vantage.
شركات مثل تفاحة، سامسونج و كوالكوم وقد روجوا لفوائد الذكاء الاصطناعي الموجود على الجهاز، والذي يحافظ على الاستعلامات التي تتطلب طاقة كبيرة بعيدًا عن السحابة، وبعيدًا عن مراكز البيانات التي تعاني من نقص الطاقة.
وقال تينش “سنحصل على قدر من الذكاء الاصطناعي بقدر ما تدعمه مراكز البيانات هذه. وقد يكون ذلك أقل مما يطمح إليه الناس. ولكن في نهاية المطاف، هناك الكثير من الناس يعملون على إيجاد طرق لتخفيف بعض قيود العرض هذه”.
