Na IT infrastrukturu je kladena stále větší zátěž, jelikož technologie umělé inteligence nebo blockchainu neustále zvyšují požadavky na výpočetní výkon. Tím roste také náročnost na energii, kterou potřebujeme k jejich provozu. Energetická efektivita se stává klíčovým tématem nejen pro ochranu životního prostředí, ale i pro další rozvoj technologií samotných. Tento článek se zaměřuje na budoucnost spotřeby energie v IT sektoru, možné cesty ke zvýšení efektivity datových center a inovace ovlivňující způsob, jakým energie využíváme.
V současnosti spotřebovává IT necelá dvě procenta světově vyráběné elektrické energie, ale její náročnost stále roste. Podle odhadů analytické společnosti Thunder Said Energy lze očekávat, že do roku 2050 překročí podíl IT na celkové spotřebě energie 5 % světové produkce a bude vyšší než 3 000 TWh ročně. Z tohoto nárůstu by měla připadat celá dvě procenta pouze na spotřebu energie umělou inteligencí, spotřeba energie pro provoz blockchainů by měla rovněž růst, ale z hlediska celkové bilance by kryptoměny a podobné technologie neměly překročit jedno procento světové spotřeby.
Mining přitom rozhodně není nenáročný, odhad spotřeby těžby bitcoinu vyžaduje odhadem 20 TWh ročně, jeho spotřeba je hned za výrobou hliníku. I když kryptokomunity rády vedou debatu o tom, jestli je užitečnější bitcoin, nebo hliník, většina vývojářů si uvědomuje, že nárůst složitosti algoritmů problém je, přechází z modelu založeného na složitosti (proof of work) na model označený jako důkaz hodnoty (proof of stake), kdy se místo spotřebované energie do mechanismu ověření (validace) transakcí vkládá validátor část svých mincí (podíl, stake).
Samozřejmě pak tu jsou další faktory. V roce 2022 se odhadovalo, že chod internetu spotřeboval 800 TWh ročně, do roku 2030 se počítá se zdvojnásobením kvůli nárokům na AI. Globálně se spotřeba energie na světové výpočty dělí zhruba na třetiny: 36 % připadá na telekomunikace, 30 % na velké servery a 34 % na osobní počítače s tím, že v budoucnosti se může dělit na čtvrtiny s tím, že celou jednu čtvrtinu spotřebuje AI. Tady se nabízí prostor například pro vývoj hybridních algoritmů, které by výpočetní výkon potřebný pro blockchain zároveň využívaly jako výpočetní výkon dostupný pro učení. Současné algoritmy pro proof of work jsou složité, ale nejsou moc užitečné, takže se otevírá prostor pro nalezení kompromisu, kde farmy budou zároveň validovat transakce a zároveň svůj výkon použijí k něčemu užitečnému.
Tím samozřejmě cesta za zvýšením efektivity nekončí. Existují další cesty, jak činit výpočty efektivnější a přitom šetřit energii. Jedna z cest je založená na využití obnovitelných zdrojů (OZE), které jsou ze své podstaty nestabilní a nekopírují typický graf spotřeby elektrické energie, takže nutně vytváří situace s nadbytkem. Můžete narazit na lidi, kteří tvrdí, že „zelená energie je levnější“, to obecně není pravda, ale pravda je, že v okamžiku převisu produkce nad poptávkou můžou nastat situace, že její cena bude záporná.
Záporná cena energie není až takové terno, protože říká, že není dost poptávky na to, aby se poptávka a výroba vyrovnala, což je problém, protože síť musí být vždy v rovnováze. Zatím nemáme cesty, jak efektivně, levně a ve velkém rozsahu ukládat elektrickou energii do úložišť, ale rozhodně je zajímavá možnost využívat odložitelné výpočty na dobu, kdy bude energie levná. Tato technika se nedá použít univerzálně, existuje mnoho výrobních procesů, které se nedají startovat a odkládat podle dostupnosti energie, ale zrovna učení AI mezi takové procesy patří.
Další možností je zvýšit tepelnou efektivitu datacenter, což jsou projekty, kterými se zabývá jak Google, tak Microsoft. Google začal od roku 2017 budovat datacentra u hydroelektráren, což zároveň dodává obnovitelnou energii a také zlepšuje jejich chlazení a tedy účinnost. Microsoft od roku 2015 provozuje Project Natick, což je datacentrum ponořené ve vodotěsném kontejneru do moře. Cílem je za prvé získat obnovitelnou energii z mořské vody a za druhé zvýšit spolehlivost lepším chlazením onou mořskou vodou. Zatím proběhly dvě fáze tohoto experimentu, kdy v rámci Phase II nechal Microsoft fungovat datacentrum celé dva roky – a data naznačují, že nižší teploty zvyšují spolehlivost komponent.
Věc, kterou můžeme udělat už dnes, je využít odpadní teplo z datacenter k takovým účelům, ke kterým se teplo hodí. Jsou lidé, kteří mají vlastní těžařský systém, který jim zároveň vytápí dům a ohřívá vodu v bazénu. Vhodně navržená datacentra mohou fungovat jako teplárny, které nejsou sice moc účinné, ale to teplo by stejně muselo pryč, takže proč ho nevyužít k něčemu dalšímu? Myšlenka vytěžovat „tepelný odpad“ z datacenter není nijak nová – a je dokonce tak zajímavá, že se objevuje i u návrhů vysoce pokročilých počítačových řešení v daleké budoucnosti.
Velké úsilí se dává do vývoje supravodičů, které by byly schopné fungovat i v teplotách nad bodem mrazu vody (room temperature superconductor). V červenci 2023 oznámil korejský tým, že vyvinuli supravodič LK-99, který měl mít supravodivé vlastnosti až do 97 °C, ale jejich výsledky nebyly potvrzeny. V současnosti je supravodičem schopným udržet si supravodivost i za vysokých teplot vysokotlaká verze dekahydrátu lanthanu, který si udržuje supravodivé vlastnosti až do -23 °C, bohužel to ale není materiál, který by se dal široce vyrábět a využívat.
Vysokoteplotní supravodiče jsou materiál, který by nám pomohl vyřešit řadu problémů, od efektivnějších počítačů včetně kvantových, dálkového přenosu energie, a také i magnetických levitujících vlaků (maglevů), které díky absenci tření nabízí velmi pohodlný transport i za velmi vysokých rychlostí a mohly by na kratší a střední vzdálenosti nahradit i leteckou dopravu – o spoustě aplikací ve výzkumu vesmíru ani nemluvě!
i
V AlzaMagazínu pro vás máme i další články ze série Počítače a termodynamika:
Zvyšující se nároky na energii ze strany IT odvětví jsou problémem, ale také podnětem k inovacím, které můžou vést k udržitelnější budoucnosti. Využití přebytečné energie z obnovitelných zdrojů, efektivnější návrhy datacenter a výzkum v oblasti supravodičů ukazují, jak můžeme zmírnit dopady energetické spotřeby na životní prostředí.
