AI przyspiesza boom centrów danych i zwiększa obciążenie środowiska

Wzrost popularności usług generatywnych, w tym ChatGPT, sprawia, że infrastruktura obliczeniowa staje się nowym «ciężkim przemysłem» gospodarki cyfrowej. Firmy zwiększają moce obliczeniowe, a wraz z nimi rosną zużycie energii, emisje gazów cieplarnianych oraz obciążenie zasobów wodnych związane z chłodzeniem serwerów.

Uwaga wobec tematu wzrosła w świetle medialnych szacunków. NPR informowało, że jedno zapytanie do ChatGPT może wymagać około 10 razy więcej energii elektrycznej niż wyszukiwanie w Google. Forbes porównywał zużycie wody na jedną rozmowę z ChatGPT z objętością standardowej plastikowej butelki, co dodało obrazowości sporowi o cenę wygodnych interfejsów.

Do wzrostu branży AI trzeba doliczyć także inne czynniki, które tradycyjnie zapewniają wysokie obciążenia centrów danych. Chodzi o hosting wideo, sieci społecznościowe i gry online. A dziś można do tego doliczyć jeszcze wirtualną rozrywkę hazardową, której popularność rośnie z roku na rok. Dziś ten wzrost szczególnie przyspieszył, ponieważ marki z rynku iGaming zaczęły częściej prowadzić promocje mające pozyskać nowych i utrzymać obecnych klientów.

Aby ocenić skalę tego wzrostu, podczas przygotowywania artykułu nasi autorzy przeanalizowali kilka tematycznych źródeł informacji. W topie wyników wyszukiwania my przejdź na stronę i dowiedzieliśmy się o dużej liczbie kasyn online z bonusami w postaci darmowych pieniędzy. Taki rodzaj zachęt wcześniej był dość rzadki, ale dziś zaczął pojawiać się znacznie częściej. Wynika to ze wzrostu liczby kasyn online, które coraz aktywniej zaczynają ze sobą konkurować.

Oczywiste jest, że przy takim wzroście rynku wirtualnego hazardu obciążenie centrów danych rośnie. Wraz z AI i innymi czynnikami prowadzi to do lawinowego wzrostu popytu na moce obliczeniowe. A eksperci przyznają, że w ciągu najbliższych kilku lat ten wzrost będzie się tylko zwiększać.

Kluczowe obserwacje na tle nowego wyścigu mocy

Szybki wzrost funkcji AI w produktach zmienia strukturę popytu. Chodzi nie tylko o rzadkie piki obciążenia, lecz o ciągłą pracę w trybie odpowiadania na zapytania, którego trudno «wyłączyć» bez utraty scenariuszy użytkownika.

Najbardziej zauważalne elementy obciążenia zwykle sprowadza się do kilku punktów:

• więcej centrów danych oznacza większe zużycie energii elektrycznej i wody
• największe obiekty częściej są zasilane z sieci, w których duży jest udział paliw kopalnych
• lokalne skutki dla mieszkańców obejmują hałas, generatory rezerwowe oraz koszty modernizacji sieci

Północna Wirginia jako światowa stolica centrów danych

Mieszkaniec hrabstwa Loudoun w Północnej Wirginii Gregory Pirio, pracujący w Instytucie мировых дел, opisuje zmiany, które zaszły na przestrzeni 14 lat. Obszar, który zapamiętał jako połączenie lasów i gruntów rolnych, zyskał «industrialny» wygląd, gdzie przez wiele mil ciągną się budynki kompleksów serwerowych.

Północna Wirginia utrzymuje jedną z najwyższych koncentracji centrów danych na świecie, mowa o ponad 250 obiektach. Historycznie sprzyjały temu stosunkowo tania energia, sprzyjające warunki regulacyjne oraz bliskość Waszyngtonu. Przedstawiciele organizacji ochrony środowiska w regionie zauważają, że nowe projekty stały się wyraźnie większe i wyższe, i najczęściej należą do klasy centrów hiperskalowych, a sąsiedztwo z osiedlami mieszkaniowymi, szkołami i społecznościami emerytów stało się powszechnym widokiem.

Czym jest centrum danych i dlaczego dominują obiekty hiperskalowe

Centrum danych to budynek, w którym znajdują się serwery, sprzęt sieciowy i systemy przechowywania danych, a także infrastruktura techniczna do zasilania i chłodzenia. Według danych badaczy z Lawrence Berkeley National Laboratory spektrum rozmiarów jest szerokie. Niewielkie wewnętrzne площадки wewnątrz budynków na potrzeby firm mają średnio powierzchnię mniejszą niż 150 ft².

Na drugim biegunie znajdują się centra hiperskalowe, które obsługują duże usługi internetowe i są zlokalizowane na oddzielnych terenach. Średni rozmiar takich obiektów to około 30 000 ft², a największe przekraczają 1 mln ft². Dla zadań AI właśnie format hiperskalowy często okazuje się preferowany ze względu na wysoką gęstość obliczeniową. Na rok 2024 ponad połowa centrów hiperskalowych na świecie należała do Amazon, Microsoft i Google, co zwiększa koncentrację wpływu na rynki energii i łańcuchy dostaw.

Dlaczego AI zużywa tak dużo energii

Specjaliści komputerowi zwykle dzielą obciążenie związane z AI na dwa etapy. Na etapie uczenia model «trawi» ogromne zbiory danych, a wewnątrz centrum danych jednocześnie pracują dziesiątki tysięcy GPU, procesorów graficznych zoptymalizowanych pod obliczenia równoległe.

Po uczeniu zaczyna się inferencja, czyli generowanie odpowiedzi na zapytania. Każdy wprowadzany fragment tekstu jest zestawiany z już przyswojonymi powiązaniami między słowami, a wzrost długości zapytania zwiększa czas przetwarzania i energochłonność. Dlatego wdrażanie funkcji AI do wyszukiwania i produktów biurowych, w tym Google AI Overviews z podsumowaniami wyników wyszukiwania, przenosi zużycie energii w tryb stałego tła, gdzie obciążenie infrastruktury kumuluje się z milionów codziennych odwołań.

Sieci elektroenergetyczne, woda i emisje jako elementy jednego łańcucha

Większość centrów danych pobiera energię elektryczną z najbliższej dostępnej sieci, a na świecie nadal istotny jest udział paliw kopalnych, co wiąże wzrost obliczeń ze wzrostem emisji gazów cieplarnianych. Wirginia na przykład należy do systemu elektroenergetycznego PJM, gdzie zauważalną rolę odgrywa gaz ziemny.

Równolegle rośnie też komponent wodny. Obliczenia o wysokiej gęstości wydzielają dużo ciepła, dlatego stosuje się systemy klimatyzacji i chłodzenia wodnego. Podgrzana woda trafia do chłodni, po czym wraca do obiegu, a bezpośrednie zużycie wody wiąże się z parowaniem. W regionach z deficytem wody jest to odbierane szczególnie dotkliwie, ponieważ czas i geografia «powrotu» odparowanej wilgoci są nieprzewidywalne. W 2023 roku centra danych w USA bezpośrednio zużyły około 66 mld l wody.

Sprawozdawczość korporacyjna pokazuje, że wzrost infrastruktury znajduje odzwierciedlenie także we wskaźnikach emisyjnych. Amazon informowała o wzroście emisji z 64,38 mln t w 2023 roku do 68,25 mln t w 2024 roku, wiążąc dynamikę między innymi z centrami danych. Google odnotowywała, że jej emisje w 2023 roku były o 48% wyższe niż poziom z 2019 roku; wśród przyczyn wymieniano rozwój centrów danych oraz powiązane dostawy towarów i usług.

Życie w sąsiedztwie infrastruktury i scenariusze deficytu mocy

Lokalne skutki nierzadko wykraczają poza abstrakcyjne wykresy. Pirio mieszka w odległości około 150 yd od obiektu, który nie jest podłączony do lokalnej sieci i jest zasilany turbinami gazowymi z rezerwowymi generatorami dieslowskimi. On i sąsiedzi opisują stały pomruk, a pomiary wykonywane aplikacjami konsumenckimi w pobliżu domów sięgały około 90 dB, co zmienia codzienne nawyki, w tym wietrzenie pomieszczeń.

Pytania budzi także transparentność emisji z lokalnej generacji. Mieszkańcy nie zawsze rozumieją, jakie zanieczyszczenia trafiają do powietrza, a EPA wskazuje, że generacja oparta na paliwach kopalnych może pogarszać jakość powietrza i być źródłem substancji toksycznych, w tym metali ciężkich. Operator Vantage Data Centers informował o instalacji systemów SCR i oceniał ograniczenie emisji tlenków azotu z generatorów dieslowskich do 90%.

Obciążenie dotyka także infrastrukturę komunalną. Eksperci zauważają, że bardzo duzi odbiorcy mogą «rozhuśtywać» sieć, a modernizacja pod nowe przyłączenia częściowo znajduje odzwierciedlenie w taryfach. Dominion Energy w raporcie za 2025 rok prognozowała, że rachunki gospodarstw domowych mogą ponad dwukrotnie wzrosnąć do 2039 roku, przede wszystkim z powodu wzrostu liczby centrów danych.

Na tle deficytu mocy pojawiają się także bardziej rygorystyczne scenariusze. Deweloperzy Mountain Valley Pipeline, systemu gazociągowego o długości około 303 mi, omawiali zwiększenie przepustowości o 25%. Southern Company informowała o rewizji planów wycofania z eksploatacji znacznej części elektrowni węglowych, powołując się na popyt ze strony centrów danych. Osobny trend wiąże się z własną generacją (energii) w centrach danych, zarówno na paliwach kopalnych, jak i w niskoemisyjnych wariantach, w tym energetyce jądrowej, przy czym potrzeba rezerwowego wsparcia infrastruktury sieciowej pozostaje.