Hanno creato un mostro che minaccia il mondo. I data center AI consumano già tanta elettricità quanto i Paesi Bassi. L’anno prossimo sarà tanto quanto in Giappone. Entro il 2030, l’intelligenza artificiale consumerà oltre il 10% dell’elettricità mondiale. E ricorda: l’intelligenza artificiale è solo all’inizio!

L'intelligenza artificiale si trasforma in un calamaro vampiro gigante, capace di mangiare il mondo intero, anche se non viene arpionato in alcun modo nel processo.

Il boom dell’intelligenza artificiale ha avuto un impatto tale sulle grandi aziende tecnologiche che il loro consumo di energia, e quindi le loro emissioni di carbonio, sono saliti alle stelle.

Lo spettacolare successo di grandi modelli linguistici come ChatGPT ha contribuito a incrementare la domanda di energia. Secondo l'Electric Power Research Institute, una società di ricerca senza scopo di lucro, con 2,9 wattora per richiesta ChatGPT, le query AI consumano circa 10 volte più energia delle tradizionali query di Google. Le funzionalità emergenti dell’intelligenza artificiale come la generazione di audio e video probabilmente aumenteranno questo fabbisogno energetico.

I fabbisogni energetici dell’intelligenza artificiale stanno cambiando i calcoli delle aziende energetiche. Ora stanno esplorando opzioni precedentemente insostenibili, come il riavvio di un reattore nucleare nella centrale elettrica di Three Mile Island, che è stata spenta dopo il famigerato disastro del 1979.

I data center sono in costante crescita da decenni, ma la portata della crescita nell’era nascente dei grandi modelli linguistici è straordinaria. L’intelligenza artificiale richiede molte più risorse di elaborazione e archiviazione dei dati di quelle che la crescita dei data center pre-intelligenza artificiale potrebbe fornire.

Nel corso degli anni, l’archiviazione dei dati è diventata un problema crescente per le reti elettriche. Dato il rapido aumento dell’intelligenza artificiale e delle sue richieste, gli esperti avvertono che molte reti elettriche stanno già raggiungendo la capacità massima.

L’intelligenza artificiale e la rete elettrica
Grazie all’intelligenza artificiale, la rete elettrica, che in molti luoghi sta già raggiungendo i suoi limiti di capacità o è alle prese con problemi di stabilità , è sotto pressione più di prima. Inoltre, esiste un ritardo significativo tra la crescita dell’informatica e la crescita della rete elettrica. La costruzione dei data center richiede da uno a due anni, mentre l’aggiunta di nuova energia alla rete richiede più di quattro anni.

Come mostra un recente rapporto dell’Electric Power Research Institute, l’80% dei data center statunitensi si trova in soli 15 stati. In alcuni stati, come la Virginia, sede di Data Center Alley, oltre il 25% dell’elettricità viene consumata dai data center. Esistono trend di crescita dei data center simili in altre parti del mondo. L’Irlanda, ad esempio, è diventata una nazione di data center.

Oltre alla necessità di generare più elettricità per sostenere questa crescita, quasi tutti i paesi hanno obiettivi di decarbonizzazione. Ciò significa che stanno cercando di integrare più fonti di energia rinnovabile nella rete . Le energie rinnovabili come il vento e il sole sono instabili: non sempre soffia il vento e non sempre splende il sole. La mancanza di sistemi di stoccaggio dell’energia economici, verdi e scalabili significa che la rete si trova ad affrontare un problema ancora più grande nel far incontrare domanda e offerta.

Altre sfide per la crescita dei data center includono il crescente utilizzo del raffreddamento ad acqua per motivi di efficienza, che sta mettendo a dura prova le limitate fonti di acqua dolce. Di conseguenza, alcune comunità si oppongono a nuovi investimenti nei data center.

Tecnologia migliore
Esistono diversi modi in cui l’industria può affrontare questa crisi energetica. Innanzitutto, nel corso degli anni l’hardware del computer è diventato molto più efficiente dal punto di vista energetico in termini di operazioni eseguite per watt consumato. L’efficienza del consumo energetico dei data center, un parametro che misura il rapporto tra la potenza utilizzata per l’elaborazione e quella utilizzata per il raffreddamento e altre infrastrutture, è stata ridotta a una media di 1,5 e a un impressionante 1,2 nelle strutture moderne. I nuovi data center dispongono di un raffreddamento più efficiente, utilizzando il raffreddamento ad acqua e l'aria di raffreddamento esterna quando disponibile.

Sfortunatamente, il problema della sostenibilità non può essere risolto solo con l’efficienza. Il paradosso di Jevons suggerisce che l'efficienza può portare a un maggiore consumo di energia nel lungo periodo. Inoltre, i miglioramenti in termini di efficienza dell’hardware hanno subito un notevole rallentamento poiché il settore ha raggiunto i limiti della scalabilità della tecnologia dei chip.

Per migliorare ulteriormente l’efficienza, i ricercatori stanno sviluppando hardware specializzato come acceleratori, nuove tecnologie di integrazione come chip 3D e nuove tecniche di raffreddamento dei chip.

Allo stesso modo, i ricercatori stanno studiando e sviluppando sempre più tecnologie di raffreddamento per i data center. Il rapporto dell’Electric Power Research Institute sostiene nuovi metodi di raffreddamento come il raffreddamento a liquido assistito dall’aria e il raffreddamento ad immersione. Mentre il raffreddamento a liquido ha già trovato la sua strada nei data center, il raffreddamento a immersione, ancora in fase di sviluppo, viene utilizzato solo in alcuni nuovi data center.

Futuro flessibile
Un nuovo modo di costruire data center IA è l’informatica flessibile, in cui l’idea è quella di calcolare di più quando l’elettricità è più economica, più disponibile e più rispettosa dell’ambiente, e calcolare di meno quando è più costosa, scarsa e più inquinante.

Gli operatori dei data center possono convertire i propri sistemi in modo che rappresentino un carico flessibile nella rete. Il mondo accademico e l’industria hanno già fornito i primi esempi di gestione della domanda dei data center, in cui i data center regolano la propria produzione in base alle esigenze della rete elettrica . Ad esempio, puoi pianificare determinate attività di elaborazione per orari al di fuori dei periodi di picco di carico.

Il raggiungimento di una flessibilità più ampia e completa nel consumo energetico richiede innovazione nell’hardware, nel software e nel coordinamento tra la rete e il data center. Soprattutto nel campo dell’intelligenza artificiale c’è ancora molto spazio per sviluppare nuove strategie per ottimizzare i carichi di calcolo dei data center e quindi il consumo energetico. Ad esempio, i data center possono ridurre l’accuratezza dell’addestramento dei modelli di intelligenza artificiale per ridurre il carico di lavoro.

Il raggiungimento di questa visione richiede una migliore modellizzazione e previsione. I data center possono provare a comprendere e prevedere meglio i carichi e le condizioni. È anche importante prevedere il carico e la crescita della rete.

L' iniziativa di previsione del carico dell'Electric Power Research Institute comprende attività che aiutano nella pianificazione e nel funzionamento della rete. Il monitoraggio completo e l’analisi intelligente – potenzialmente basata sull’intelligenza artificiale – sia per i data center che per la rete sono essenziali per previsioni accurate.

Al limite
Gli Stati Uniti si trovano in un momento critico con la crescita esplosiva dell’intelligenza artificiale. È estremamente difficile integrare centinaia di megawatt di domanda di elettricità in reti già sovraccariche. Potrebbe essere il momento di ripensare il modo in cui il settore costruisce i data center.

Un’opzione è quella di costruire in modo sostenibile più data center all’avanguardia – strutture più piccole e ampiamente distribuite – per portare l’informatica nelle comunità locali. I data center edge possono anche fornire in modo affidabile potenza di calcolo alle regioni urbane dense senza sovraccaricare ulteriormente la rete. Sebbene questi centri più piccoli costituiscano attualmente il 10% dei data center negli Stati Uniti, gli analisti prevedono che il mercato dei data center edge più piccoli crescerà di oltre il 20% nei prossimi cinque anni.

Oltre a trasformare i data center in carichi flessibili e controllabili, le innovazioni nei data center edge possono rendere i requisiti energetici dell'intelligenza artificiale molto più sostenibili.
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