Вступ: Нагальність сталого розвитку в епоху штучного інтелекту

Зелений ШІ - одна з найважливіших парадигм 2025 року, що з'являється як необхідна відповідь на вибуховий ріст штучного інтелекту та його вплив на навколишнє середовище. Зелений ШІ є більш екологічним та інклюзивним, ніж звичайний, оскільки він не тільки дає точні результати без збільшення обчислювальних витрат, але й гарантує, що технологічні інновації йдуть пліч-о-пліч з екологічною відповідальністю.

‍

Про актуальність такого підходу свідчать найсвіжіші дані: за даними MIT News, енергетичні потреби центрів обробки даних у Північній Америці зросли з 2 688 мегават на кінець 2022 року до 5 341 мегават на кінець 2023 року, що частково зумовлено потребами генеративного ШІ. Більш того, за даними MIT Technology Review, 4,4% всієї енергії в США зараз йде на центри обробки даних, при цьому вуглецева інтенсивність електроенергії, що використовується центрами обробки даних, на 48% вища, ніж в середньому по США (згідно з дослідженням Гарвардської школи громадського здоров'я ім. Т.Х. Чана).

‍

Вплив штучного інтелекту на навколишнє середовище: криза, що розвивається

Вибухове споживання енергії

Розвиток штучного інтелекту призвів до кардинальних змін у глобальному енергетичному ландшафті. За даними MIT Technology Review, станом на 2018 рік на центри обробки даних припадає 4,4% загального попиту, порівняно з 1,9% у 2018 році. Майбутні прогнози ще більш тривожні: згідно зі звітом Міжнародного енергетичного агентства, до 2030 року споживання електроенергії центрами обробки даних зросте більш ніж удвічі.

‍

Моделі генеративного ШІ штовхають ці цифри вгору. Як зазначає MIT News, навчання кластера генеративного ШІ може споживати в сім або вісім разів більше енергії, ніж звичайне обчислювальне навантаження. Для порівняння: під час навчання GPT-3 було спожито 1287 мегават-годин електроенергії (достатньо для забезпечення електроенергією близько 120 середньостатистичних американських будинків протягом року), що призвело до викидів близько 552 тонн вуглекислого газу.

‍

Ескалація апаратної потужності

Гонитва за все більш потужними моделями призвела до ескалації апаратної потужності. За даними Deloitte, графічні процесори для ШІ до 2022 року працювали на потужності 400 Вт, тоді як найсучасніші графічні процесори для генеративного ШІ у 2023 році працюватимуть на потужності 700 Вт, а чіпи наступного покоління у 2024 році, як очікується, працюватимуть на потужності 1200 Вт. Це експоненціальне зростання, яке створює навантаження на глобальну енергетичну інфраструктуру.

‍

Апаратні рішення для енергоефективності

Спеціалізовані мікросхеми: Апаратна революція в галузі штучного інтелекту

Реакція апаратної індустрії на кризу штучного інтелекту матеріалізується у все більш спеціалізованих та ефективних чіпах:

Тензорні процесори (TPU): згідно з TechTarget, TPU - це ASIC, призначені для великих обсягів низькоточних обчислень з великою кількістю операцій вводу/виводу на джоуль. TPU v6e - це новітній чіп Trillium, випущений у жовтні 2024 року, з піковою обчислювальною продуктивністю в 4,7 рази вищою порівняно з TPU v5e.

‍

Польові програмовані вентильні матриці (ПЛІС): як зазначає IBM, ПЛІС також добре підходять для завдань, в яких енергоефективність цінується вище за швидкість обробки, і пропонують гнучкість для адаптації до швидкої еволюції алгоритмів штучного інтелекту.

‍

Інтегральні схеми для конкретних застосувань (ASIC): згідно з Geniatech, ASIC пропонують переваги низького енергоспоживання, швидкості та малої площі, що робить їх найбільш ефективним рішенням для конкретних великих робочих навантажень ШІ.

Поява штучного інтелекту

Важливою тенденцією для сталого розвитку є рух до периферійних обчислень. За даними Geniatech, Gartner прогнозує, що до 2025 року периферійні обчислення оброблятимуть 75% даних, що генеруються всіма сценаріями використання, що значно зменшить потребу в передачі даних до централізованих центрів обробки даних і пов'язану з цим енергію.

‍

Прогрес у сфері енергоефективності

Значне покращення продуктивності на ват

Індустрія досягає значного прогресу в енергоефективності. За даними NVIDIA, з 2016 по 2025 рік вона досягла 10 000-кратного приросту ефективності в навчанні та висновках ШІ, що демонструє потенціал для кардинального покращення.

‍

Однак реальність складніша. Як повідомляє Девід Міттон (David Mytton) у своєму блозі DeVSustainability, сервери з двома роз'ємами зараз споживають 600-750 Вт, порівняно з 365 Вт у 2007-2023 роках, що свідчить про те, що, хоча ефективність на одну операцію покращується, загальна потужність систем продовжує зростати.

Оптимізація програмного забезпечення та архітектури

Стратегії програмного забезпечення стають важливим доповненням до вдосконалення апаратного забезпечення:

Оптимізація моделі: Квантові моделі, як правило, потребують значно менше параметрів для навчання, ніж їхні класичні аналоги, що пропонує альтернативні підходи для зменшення обчислювальної складності.

‍

Інтелектуальне управління енергоспоживанням: за даними Массачусетського технологічного інституту, обмеження використання 150 або 250 Вт (приблизно від 60% до 80% загальної потужності) залежно від використовуваного процесора не тільки зменшує загальне енергоспоживання робочих навантажень, але й знижує робочі температури.

‍

Корпоративні ініціативи та екологічні зобов'язання

Microsoft: лідерство у сфері вуглецевої негативності

Компанія Microsoft взяла на себе одне з найамбітніших зобов'язань у галузі. Як зазначено в офіційному блозі Microsoft за 2020 рік: "До 2025 року ми перейдемо на 100-відсоткове постачання відновлюваної енергії, а це означає, що у нас будуть укладені угоди про закупівлю зеленої електроенергії на 100 відсотків електроенергії з викидами вуглецю, яку споживають усі наші центри обробки даних, будівлі та кампуси".

‍

Компанія також заснувала новий фонд кліматичних інновацій у розмірі 1 мільярд доларів для прискорення глобального розвитку технологій скорочення, уловлювання та видалення вуглецю.

Однак реальність кидає виклики. За даними GeekWire, минулого року Microsoft викинула в атмосферу понад 15,4 мільйона метричних тонн вуглекислого газу в еквіваленті, причому на сферу 3 припадає понад 96 відсотків її вуглецевого сліду.

Google: піонер у галузі відновлюваної енергетики

Компанія Google досягла значних успіхів у сфері сталого розвитку. Згідно з офіційним веб-сайтом Google Sustainability, "У 2017 році компанія Google взяла на себе зобов'язання збалансувати 100 відсотків свого енергоспоживання за рахунок відновлюваних джерел енергії. Ця мета була успішно досягнута у 2020 році".

‍

Компанія продовжує інвестувати значні кошти: згідно зі звітом про сталий розвиток Google 2025, "У 2024 році ми уклали контракти на додаткові 19 ГВт нової відновлюваної енергії в 16 країнах, а також розширили свою діяльність у сфері ядерної енергетики, підписавши нашу першу масштабну угоду про закупівлю ядерної енергії".

Веб-сервіси Amazon: виклик масштабу

AWS, найбільший у світі хмарний провайдер, ставить перед собою амбітні цілі, але стикається з критикою щодо прозорості. За даними Climatic, "Amazon оголосила про 18 нових вітрових і сонячних енергетичних проектів у регіонах AWS у США, Фінляндії, Німеччині, Італії та Великобританії, загальною потужністю 5,6 ГВт нових потужностей відновлюваної енергетики".

‍

Однак, згідно з тим же джерелом, "критику звітності AWS щодо вуглецевого сліду можна підсумувати як не деталізовану, непрозору і не корисну для технологічних команд, які прагнуть оптимізувати своє використання".

Фреймворки та інструменти для зеленого ШІ

Інструменти моніторингу викидів

Промисловість розробила кілька інструментів для моніторингу та зменшення впливу ШІ на навколишнє середовище:

CarbonTracker і CodeCarbon: За даними Carbon Credits, "Деякі з інструментів, що використовуються для оцінки вуглецевого сліду технологій ШІ, - це CarbonTracker, CodeCarbon, Green algorithms і PowerTop".

eco2AI: Як описано в Doklady Mathematics, "eco2AI - це бібліотека з відкритим вихідним кодом, здатна відстежувати викиди вуглецевого еквіваленту при навчанні або виведенні ШІ-моделей на основі Python, враховуючи енергоспоживання CPU, GPU, пристроїв оперативної пам'яті".

Рамкова програма впровадження зеленого штучного інтелекту

Згідно з дослідженням, опублікованим в Industry Science, "складний інструмент на основі Python, пристосований для відстеження та управління вуглецевим слідом навчання моделей машинного навчання та інших обчислювальних завдань, являє собою еволюцію до більш складних інструментів для управління стійкістю ШІ".

‍

Регулювання та державна політика

Закон ЄС про штучний інтелект: глобальна модель

Європейський Союз взяв на себе лідерство в регулюванні сталого ШІ. За даними Європарламенту, "у червні 2024 року ЄС прийняв перші у світі правила щодо ШІ. Закон про штучний інтелект буде повністю застосовний через 24 місяці після набуття ним чинності".

‍

Важливо зазначити, що, за даними Green Software Foundation, "Закон ЄС про штучний інтелект набуває ще більшого значення, якщо розглядати його в контексті того, що ЄС наразі є одним зі світових лідерів у сфері екологічної та кліматичної політики".

Регуляторні прогалини та рекомендації

Незважаючи на досягнутий прогрес, значні прогалини залишаються. Як підкреслюється в статті, опублікованій в arXiv, "поточні пропозиції щодо регулювання ШІ в ЄС і за його межами спрямовані на стимулювання надійного (наприклад, Закон про ШІ) і відповідального (наприклад, Відповідальність за ШІ) ШІ. Однак не вистачає надійного регуляторного дискурсу та дорожньої карти, щоб зробити ШІ та технології загалом екологічно стійкими".

‍

Експерти пропонують конкретні рішення: згідно зі звітом Інституту глобальних змін Тоні Блера (Tony Blair Institute for Global Change), "Створити та впровадити найкращі показники енергоспоживання та викидів вуглецю в центрах обробки даних, а також ізолювати інформацію, пов'язану зі штучним інтелектом".

‍

Майбутні перспективи та виклики

Прогнози зростання енергетики

Прогнози на майбутнє водночас викликають занепокоєння та відкривають широкі можливості. За даними IDC, "Світове споживання електроенергії центрами обробки даних зросте більш ніж удвічі в період між 2023 і 2028 роками з п'ятирічним середньорічним темпом зростання на 19,5% і досягне 857 терават-годин (ТВт-год) у 2028 році".

‍

Якщо говорити конкретно про ШІ, то, згідно з тим же звітом IDC, "очікується, що енергоспоживання центрів обробки даних ШІ зростатиме в середньорічному обчисленні на 44,7 відсотка і досягне 146,2 терават-годин (ТВт-год) до 2027 року".

Інноваційні підходи до сталого розвитку

З'являються інноваційні підходи, такі як Sustain AI, описаний в документі MDPI як "мультимодальна система глибокого навчання, яка інтегрує згорткові нейронні мережі (CNN) для виявлення дефектів, рекурентні нейронні мережі (RNN) для прогнозного моделювання енергоспоживання та навчання з підкріпленням (RL) для динамічної оптимізації енергоспоживання".

‍

Green-in AI vs Green-by AI: дві взаємодоповнюючі парадигми

Green-in AI: внутрішня оптимізація

Парадигма "зеленого" ШІ зосереджена на розробці більш ефективних за своєю суттю алгоритмів і моделей. Згідно з оглядом, опублікованим в ScienceDirect, це "стратегії для розробки більш енергоефективних алгоритмів і моделей машинного навчання, зосереджуючись на оптимізації апаратного і програмного забезпечення".

‍

Green-by AI: штучний інтелект для сталого розвитку

Парадигма "Green-by-AI" використовує ШІ для підвищення стійкості в інших секторах. Згідно з тим же оглядом ScienceDirect, вона представляє "підходи ШІ для поліпшення екологічних практик в інших секторах, використовуючи штучний інтелект для оптимізації енергоефективності у зовнішніх додатках".

‍

Висновки: На шляху до сталого майбутнього ШІ

Зелений ШІ являє собою фундаментальну трансформацію в тому, як ми сприймаємо і впроваджуємо штучний інтелект. Дані за 2025 рік показують, що ми знаходимося на переломному етапі: зростання попиту на електроенергію для ШІ та центрів обробки даних є тестовим прикладом того, як суспільство реагуватиме на вимоги та виклики, пов'язані з більш широкою електрифікацією.

‍

Нові рішення - від спеціалізованого обладнання до квантових обчислень, від систем моніторингу до регуляторної політики - пропонують шлях до сталого розвитку. Однак успіх залежатиме від здатності галузі збалансувати інновації з екологічною відповідальністю, гарантуючи, що ШІ може стати ключовою рушійною силою глобальних зусиль для досягнення вуглецевої нейтральності.

‍

2025 рік представляється вирішальним роком, коли рішення, прийняті сьогодні, визначать, чи буде ШІ частиною кліматичної проблеми, чи частиною її вирішення. Зелений ШІ - це вже не варіант, а нагальна необхідність для технологічно розвиненого та екологічно сталого майбутнього.

‍

Поширені запитання

Що таке зелений ШІ?

Зелений ШІ - це технологічна парадигма, яка має на меті зробити штучний інтелект більш екологічним і стійким. Вона зосереджена на отриманні точних результатів без збільшення обчислювальних витрат, гарантуючи, що технологічні інновації йдуть пліч-о-пліч з екологічною відповідальністю.

Чому зелений ШІ так актуальний у 2025 році?

Нагальність зумовлена вибуховим впливом штучного інтелекту на навколишнє середовище. Про це свідчать дані за 2025 рік:

• Потреба в енергії для центрів обробки даних у Північній Америці зросла з 2 688 мегават (кінець 2022 року) до 5 341 мегават (кінець 2023 року)
• 4,4% всієї енергії в США йде на центри обробки даних
• Вуглецевоємність електроенергії для центрів обробки даних на 48% вища, ніж у середньому по США

Скільки енергії насправді споживає ШІ?

Енергетичний вплив ШІ драматичний:

• З 2018 року частка центрів обробки даних зросла з 1,9% до 4,4% від загального попиту на енергію
• Навчання кластера генеративного АІ може споживати в 7-8 разів більше енергії, ніж типове обчислювальне навантаження
• Навчання GPT-3 спожило 1 287 мегават-годин (достатньо для 120 американських будинків протягом року)
• Очікується, що споживання центрів обробки даних подвоїться до 2030 року

Як розвивається апаратне забезпечення, щоб стати більш ефективним?

Індустрія розробляє спеціалізовані чіпи:

Тензорні процесори (TPU): TPU v6e забезпечує в 4,7 рази більшу продуктивність, ніж v5e

Польові програмовані вентильні матриці (ПЛІС): оптимізовані для енергоефективності та гнучкості

Інтегральні схеми для конкретних застосувань (ASIC): забезпечують низьке енергоспоживання, швидкість і малу площу.

Однак загальна потужність продовжує зростати: графічні процесори збільшилися з 400 Вт (2022 рік) до 700 Вт (2023 рік), а на 2024 рік прогнозується 1200 Вт.

‍

Що таке Edge AI і чому він важливий для сталого розвитку?

Граничний ШІ обробляє дані локально, а не надсилає їх до централізованих центрів обробки даних. Gartner прогнозує, що до 2025 року периферійні обчислення оброблятимуть 75 відсотків даних, що генеруються, значно зменшуючи споживання енергії, пов'язане з передачею даних.

‍

Який прогрес був досягнутий у сфері енергоефективності?

NVIDIA досягла 10 000-кратного підвищення ефективності навчання та висновків ШІ з 2016 по 2025 рік. Однак сучасні сервери споживають 600-750 Вт порівняно з 365 Вт у 2007-2023 роках, що свідчить про те, що хоча ефективність на операцію покращується, загальна потужність продовжує зростати.

‍

Що роблять великі технологічні компанії для сталого розвитку?

Microsoft: Зобов'язання перейти на 100% відновлюваної енергії до 2025 року та 1 мільярд доларів на кліматичні інновації. Однак у 2024 році вона викинула 15,4 млн тонн CO2-еквіваленту.

Google: Досягнення 100-відсоткової частки відновлюваної енергетики у 2020 році та укладання контрактів на 19 ГВт нової відновлюваної енергетики у 16 країнах до 2024 року.

Amazon AWS: оголосила про 18 нових проектів з відновлюваної енергетики на 5,6 ГВт, але її критикують за недостатню прозорість у звітності.

‍

Чи існують інструменти для моніторингу впливу ШІ на навколишнє середовище?

Так, є кілька інструментів:

• CarbonTracker та CodeCarbon: для оцінки вуглецевого сліду
• eco2AI: Бібліотека з відкритим кодом для відстеження викидів під час навчання та висновків
• Зелені алгоритми та PowerTop: інші спеціалізовані інструменти моніторингу

Як регулюється зелений ШІ?

ЄС взяв на себе ініціативу, прийнявши в червні 2024 рокуАкт про штучний інтелект - перші у світі правила щодо ШІ, які набудуть чинності через 24 місяці. Однак експерти вказують на прогалини в регуляторному дискурсі, щоб зробити ШІ екологічно стійким.

Які майбутні прогнози щодо енергоспоживання ШІ?

Прогнози тривожні:

• Глобальне споживання центрів обробки даних подвоїться між 2023 і 2028 роками (CAGR 19,5%)
• Досягне 857 ТВт-год у 2028 році
• Енергоспоживання, пов'язане зі штучним інтелектом, зростатиме в середньорічному обчисленні на 44,7%, досягнувши 146,2 ТВт-год до 2027 року

У чому різниця між Green-in AI та Green-by AI?

Green-in AI: зосереджується на розробці більш енергоефективних алгоритмів і моделей за рахунок оптимізації апаратного та програмного забезпечення.

Екологізація за допомогою штучного інтелекту: використовуйте штучний інтелект для підвищення стійкості в інших сферах, щоб оптимізувати енергоефективність у зовнішньому застосуванні.

‍

Чому 2025 рік вважається вирішальним для зеленого ШІ?

2025 рік є поворотним моментом, коли рішення, прийняті сьогодні, визначать, чи стане ШІ частиною кліматичної проблеми, чи частиною її вирішення. Зростання попиту на електроенергію для ШІ - це тест на те, як суспільство реагуватиме на виклики більш широкої електрифікації. Зелений ШІ - це вже не варіант, а нагальна необхідність для технологічно розвиненого та екологічно сталого майбутнього.

‍

‍