2024-07-17 18:41:07
L’expansion rapide de l’intelligence artificielle (IA), en particulier des modèles de langage à grande échelle (LLM) tels que GPT-3 et Gemini, sur lesquels reposent les désormais célèbres systèmes d’assistance ChatGPT AI et Gemina, a suscité des inquiétudes quant à la manière dont cette nouvelle technologie pourrait nuire à la capacité des États-Unis à atteindre leurs objectifs d’électricité zéro carbone. Après tout, l’IA repose sur des centres de données à forte consommation d’énergie. Dans le monde, la demande des centres de données représente environ 0,5 pour cent[1] de la consommation d’énergie électrique. Les centres de données d’IA pourraient en particulier nécessiter environ 14 gigawatts (GW)[2] de nouvelles capacités électriques supplémentaires d’ici 2030. Si les États-Unis suivent une trajectoire de croissance des centres de données similaire à celle Irlande,[3] un pionnier dont les centres de données devraient consommer jusqu’à 32 pour cent de la production annuelle totale d’électricité du pays d’ici 2026,[4] Le pays pourrait être confronté à une augmentation significative de la demande énergétique, à une pression sur les infrastructures, à une augmentation des émissions et à une multitude de nouveaux défis réglementaires.
Certains soutiennent que malgré l’empreinte énergétique croissante des centres de données, il est important de garder à l’esprit que les analystes ont un historique de surestimation de la consommation électrique des centres de données.[5] Progrès en efficaciténotamment en termes d’efficacité énergétique et d’efficacité informatique des LLM, ont également contribué à maîtriser la consommation d’énergie.[6] Mais les nouveaux centres de données ont tendance à être regroupés dans des régions particulières des États-Unis plutôt que répartis uniformément à travers le pays, ce qui signifie que les régions d’accueil peuvent être confrontées à des pics de demande massifs et soudains que l’on ne rencontre pas ailleurs.
Pour toutes ces raisons, une compréhension détaillée de la demande énergétique des centres de données est essentielle pour planifier le futur système énergétique. Ce billet de blog adapte une méthode qui a été utilisée pour déterminer l’empreinte énergétique et carbone des centres de données afin d’estimer la contribution des centres de données AI LLM en particulier à la croissance de la demande d’électricité aux États-Unis jusqu’en 2030, qui représente une année charnière pour plusieurs objectifs climatiques américains et un calendrier réaliste et gérable pour projeter les tendances technologiques et du marché sur la base des données actuelles. Le billet soulève également des questions sur les implications de cette croissance pour le réseau électrique américain et la transition énergétique.
Estimation de la demande des centres de données
De nombreux travaux ont été réalisés pour estimer la demande des centres de données. Dans un rapport de 2021, l’Energy Information Administration (EIA) des États-Unis a utilisé les données existantes pour diverses charges électriques dans les NEMS pour déterminer la consommation électrique moyenne des serveurs des centres de données et, à son tour, estimer la consommation énergétique annuelle des centres de données eux-mêmes à l’avenir. Le rapport prévoit que les centres de données américains consommeront environ 88 térawattheures (TWh) chaque année d’ici 2030,[7] ce qui représente environ 1,6 fois la consommation d’électricité de la ville de New York. L’EIA a également mené une étude pilote s’est concentré sur l’évaluation de la faisabilité de l’estimation de la consommation énergétique des centres de données afin de les inclure comme une catégorie distincte de bâtiment dans son Enquête sur la consommation énergétique des bâtiments commerciauxS’appuyant sur une enquête limitée, l’étude a révélé que la quantification de la consommation énergétique réelle de ces centres est difficile en raison de cadres d’échantillonnage inadéquats et de faibles taux de réponse.[8] Un plus récent Rapport de la Bank of America dessiné sur un Modèle de demande des centres de données de McKinsey en se basant sur le nombre de serveurs dans les centres de données, on peut estimer que ces derniers consommeront 14 GW d’énergie par an d’ici 2030.[9]
Afin d’estimer la demande électrique de ces derniers centres en particulier, cet article associe l’utilisation des données sur les serveurs à celle des données sur les unités de traitement graphique (GPU), la technologie de base à forte intensité énergétique (principalement fournie par l’entreprise technologique Nvidia) au sein des centres de données qui alimente les applications d’IA. Plus précisément, il analyse les spécifications des serveurs et la puissance consommation des serveurs utilisé dans les centres de données[10] ainsi que les attentes nombre d’expéditions de GPU au cours des prochaines années[11] et l’énergie nécessaire pour les faire fonctionner Les GPU,[12] qui, ensemble, donnent une estimation complète des besoins globaux en électricité des centres AI LLM.
Résultats
Sur la base de cette approche et à la lumière des données de la Perspectives énergétiques annuelles 2023 de l’EIA,[13] Cette analyse suggère que d’ici 2027, les GPU représenteront environ 1,7 % de la capacité électrique totale ou 4 % du total des ventes d’électricité prévues aux États-Unis. Bien que cela puisse paraître minime, cela représente un taux de croissance considérable au cours des six prochaines années et une quantité importante d’énergie qui devra être fournie aux centres de données.
À l’horizon 2030, il est évident que la demande énergétique des GPU suit une trajectoire ascendante. Lorsque cette tendance est analysée parallèlement aux projections plus larges de la demande sectorielle d’électricité aux États-Unis par l’EIA, l’importance de la hausse de la consommation d’énergie des GPU devient plus évidente. Les GPU et leurs serveurs pourraient représenter jusqu’à 27 % de la nouvelle capacité de production prévue pour 2027 et 14 % des besoins énergétiques commerciaux totaux cette année-là.
Réflexions finales
Ces projections suscitent plusieurs questions importantes pour les décideurs politiques, les fournisseurs d’énergie et les leaders technologiques :
- Le réseau électrique actuel peut-il gérer l’augmentation prévue de la demande des centres de données AI LLM ?
- Les nouveaux centres de données sont-ils stratégiquement situés à proximité de sources d’alimentation électrique robustes ?
- Quelles sont les implications, notamment pour la transition énergétique, d’une demande croissante au point de dépasser l’offre électrique disponible ?
La demande croissante d’énergie des centres de données d’IA ne pose probablement pas de crise immédiate pour le réseau électrique américain. Mais elle devra clairement être suivie de près et prise en compte si l’on veut atteindre l’objectif de mise en place d’un système énergétique durable et résilient qui soutienne la croissance économique.
La capacité d’innover en matière d’efficacité énergétique et de sources renouvelables pourrait jouer un rôle essentiel dans l’élaboration de l’avenir de l’IA et son alignement sur les objectifs environnementaux. Alors que des États comme la Californie, le Texas et la Virginie, qui abritent la plupart des centres de données, continuent d’accroître la capacité de leurs ressources en énergie renouvelable, il est également important d’évaluer les besoins énergétiques futurs et de s’assurer que l’infrastructure et la capacité des sources renouvelables peuvent répondre à la demande croissante des centres de données.
Dans le secteur privé, Microsoft vient d’annoncer qu’il achètera 10,5 gigawatts d’énergie renouvelable à Brookfield Asset Management entre 2026 et 2030 pour alimenter ses centres de données et ses opérations avec une énergie sans carbone.[14] Il s’agit de l’un des plus gros accords de ce type pour une seule entreprise et il confirme l’engagement du géant technologique à atteindre l’objectif zéro émission de carbone. Mais les entreprises technologiques comme Microsoft devront également faire davantage, notamment en augmentant leurs investissements dans les technologies d’efficacité énergétique et en promouvant davantage la durabilité et la responsabilité environnementale.
Le réseau électrique américain est également confronté à des défis liés à la congestion, à la fiabilité et à la nécessité d’inclure davantage de sources d’énergie renouvelables.[15] La capacité de transport actuelle est insuffisante pour répondre à ces charges, ce qui entraîne une augmentation des prix de l’énergie et une réduction de la fiabilité du service. La résolution de ces défis par le biais d’investissements continus et d’un soutien politique au financement du transport, à la répartition des coûts, à l’implantation, à la réforme des permis et à l’intégration de technologies avancées pour rationaliser et améliorer le développement de l’infrastructure de transport d’électricité aux États-Unis peut contribuer à répondre à la demande croissante d’énergie des centres de données projetée dans ce court article.
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