劃重點(diǎn)
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AI模型產(chǎn)生的碳足跡已經(jīng)引發(fā)關(guān)注，但其水足跡卻經(jīng)常被忽視。研究顯示，培訓(xùn)和部署AI模型都需要耗費(fèi)大量的水。
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ChatGPT每次涉及20到50個(gè)問題的簡(jiǎn)單對(duì)話中，消耗的水量約為500毫升。鑒于其用戶超過1億人，其耗水量相當(dāng)驚人。
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微軟全球用水量飆升了34%。在過去十多年間，該公司始終在西得梅因市建設(shè)數(shù)據(jù)中心，以支持其云計(jì)算服務(wù)并培訓(xùn)大模型。
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谷歌用水量增加了20%，這幾乎與其計(jì)算能力的增長(zhǎng)同時(shí)發(fā)生，而谷歌計(jì)算能力增長(zhǎng)在很大程度上由人工智能所推動(dòng)。
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專家估計(jì)，訓(xùn)練Meta新AI模型Llama 2的總用水量高啊1090萬升，比Llama增加一倍，而普通人平均每天喝大約3升水。
聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署曾發(fā)布報(bào)告稱，世界上約三分之二的人口每年至少經(jīng)歷1個(gè)月的嚴(yán)重缺水。到2030年，情況預(yù)計(jì)將更加惡化，世界上近半人口將面臨嚴(yán)重的水資源短缺。除了農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水增長(zhǎng)外，人工智能熱潮導(dǎo)致的用水量也在飆升，而科技巨頭們正因此變得更“饑渴”。
到目前為止，研究人員和開發(fā)人員主要關(guān)注減少人工智能模型的碳足跡，而經(jīng)常忽視它們的水足跡。在數(shù)據(jù)中心培訓(xùn)和部署人工智能模型需要消耗大量的水。舉例來說，在微軟最先進(jìn)的美國數(shù)據(jù)中心培訓(xùn)GPT-3可能直接消耗70萬升清潔淡水，這些淡水可用于生產(chǎn)370輛寶馬汽車或320輛特斯拉電動(dòng)汽車。
此外，ChatGPT每次涉及20到50個(gè)問題的簡(jiǎn)單對(duì)話中，消耗的水量約為500毫升。這乍看起來不算多，但考慮到這款聊天機(jī)器人有超過1億的活躍用戶，每個(gè)人都參與了多個(gè)對(duì)話，其用水量相當(dāng)驚人。
不僅僅是微軟和OpenAI，在用水量方面，谷歌更是大戶。2021年，僅其在美國的數(shù)據(jù)中心就將消耗127億升淡水用于冷卻，其中約90%都是可飲用水。
總體而言，2014年美國數(shù)據(jù)中心的總用水量估計(jì)高達(dá)6260億升。值得稱贊的是，大型科技公司都在采取措施來幫助解決這個(gè)問題。其中，亞馬遜、Meta、谷歌和微軟等科技巨頭，都承諾到2030年變得“積極用水”，這意味著他們補(bǔ)充的水將超過他們消耗的水。
01 與ChatGPT每次交互耗水500毫升
構(gòu)建像ChatGPT這類人工智能產(chǎn)品的成本可能很難衡量，其中包括用水成本。訓(xùn)練和部署OpenAI的技術(shù)需要大量的水，該公司需要從愛荷華州中部的浣熊河(Raccoon)和得梅因河(Des Moines)的交匯處抽水，為強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)降溫。這臺(tái)超算正幫助OpenAI的人工智能系統(tǒng)學(xué)習(xí)如何模仿人類書寫。
隨著微軟、OpenAI和谷歌等領(lǐng)先的科技開發(fā)商競(jìng)相利用生成式人工智能的熱潮，他們都承認(rèn)，對(duì)其人工智能工具日益增長(zhǎng)的需求帶來了高昂的成本，從訂購昂貴的半導(dǎo)體到用水量激增都在推動(dòng)成本上漲。
但這些科技公司通常對(duì)細(xì)節(jié)守口如瓶。在愛荷華州，很少有人知道該州是OpenAI最先進(jìn)大語言模型GPT-4的誕生地，直到一位微軟高管在一次演講中說漏了嘴，它“實(shí)際上是在得梅因以西的玉米地旁邊構(gòu)建的”。
構(gòu)建大語言模型需要分析大量人類書寫文本的模式，所有這些計(jì)算都需要大量的電力，并會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。為了在炎熱的天氣里保持涼爽，數(shù)據(jù)中心需要抽入大量的水，通常需要降水送入倉庫大孝位于建筑外的冷卻塔中。
任何在公司服務(wù)器機(jī)房待過的人都知道，你需要先帶上毛衣。服務(wù)器機(jī)房要時(shí)刻保持涼爽，溫度通常在10攝氏度左右，以防止設(shè)備出現(xiàn)故障。保持這一理想溫度是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)，因?yàn)榉⻊?wù)器本身會(huì)將電能轉(zhuǎn)化為熱量。而冷卻塔通常被用來消耗熱量，并通過蒸發(fā)冷水來保持房間的理想溫度。
冷卻塔可以完成這項(xiàng)工作，但它們需要大量的水。研究人員估計(jì)，數(shù)據(jù)中心平均每千瓦時(shí)消耗大約一加侖的水。也不是任何類型的水都可以使用。數(shù)據(jù)中心使用清潔的淡水來源，以避免海水可能帶來的腐蝕或細(xì)菌生長(zhǎng)。淡水對(duì)于控制房間內(nèi)的濕度也是必不可少的。此外，數(shù)據(jù)中心也需要大量由水力發(fā)電的能源支持，科學(xué)家們將這種情況稱為“非現(xiàn)場(chǎng)間接用水量”。
加州大學(xué)河濱分校的研究員任少雷一直在試圖計(jì)算ChatGPT等生成式人工智能產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響。在一篇將于今年晚些時(shí)候發(fā)表的論文中，任少雷的團(tuán)隊(duì)估計(jì)，每次你問ChatGPT 5到50個(gè)提示或問題時(shí)，它就會(huì)消耗500毫升的水。當(dāng)然，其用水量取決于服務(wù)器所在的位置和季節(jié)。這一估計(jì)包括了這些公司沒有測(cè)量的間接用水，比如為數(shù)據(jù)中心供電的發(fā)電廠降溫用水。
“大多數(shù)人都沒有意識(shí)到ChatGPT背后的資源消耗情況，”任說。“如果你不知道資源的使用情況，那么我們就無法幫助保護(hù)資源。”
OpenAI在其聲明中回應(yīng)了這些評(píng)論，稱該公司正在“充分考慮”如何最好地利用計(jì)算能力。“我們認(rèn)識(shí)到，培訓(xùn)大型模型可能是能源和水密集型的，為此會(huì)努力提高效率，”該公司表示。
02 微軟因訓(xùn)練和部署AI用水量飆升34%
微軟在其最新的環(huán)境報(bào)告中披露，從2021年到2022年，該公司全球用水量飆升了34%(達(dá)到近17億加侖，或超過2500個(gè)奧運(yùn)會(huì)游泳池儲(chǔ)水量)。與外部研究人員對(duì)微軟人工智能研究相關(guān)用水情況相比，這一數(shù)字有了大幅增長(zhǎng)。
圖1：微軟位于愛荷華州西得梅因市的數(shù)據(jù)中心
在就用水問題做出回應(yīng)時(shí)，微軟在一份聲明中表示，它正在投資研究，以衡量人工智能的能源和碳足跡，“同時(shí)努力使大語言模型系統(tǒng)在培訓(xùn)和應(yīng)用方面更有效率”。
圖2：在過去十多年間，微軟始終在西得梅因市建設(shè)數(shù)據(jù)中心，以支持其云計(jì)算服務(wù)
該公司的聲明稱：“我們將繼續(xù)監(jiān)測(cè)我們的排放，加快進(jìn)度，同時(shí)增加使用清潔能源為數(shù)據(jù)中心供電，購買可再生能源，并通過其他努力實(shí)現(xiàn)我們的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，即到2030年實(shí)現(xiàn)負(fù)碳、水正和零浪費(fèi)。”
微軟于2019年對(duì)總部位于舊金山的OpenAI進(jìn)行了第一筆10億美元的投資。兩年多后，這家初創(chuàng)公司推出了ChatGPT，并引發(fā)了全球?qū)θ斯ぶ悄苓M(jìn)步的關(guān)注。作為投資協(xié)議的一部分，微軟將為OpenAI提供訓(xùn)練人工智能模型所需的計(jì)算能力。
為了至少完成其中的一部分工作，兩家公司把目光投向了愛荷華州的西得梅因，這是個(gè)擁有6.8萬人口的城市。十多年來，微軟一直在那里建設(shè)數(shù)據(jù)中心，以為其云計(jì)算服務(wù)提供支持。微軟在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)的第四和第五個(gè)數(shù)據(jù)中心將于今年晚些時(shí)候投入使用。
微軟開始在西得梅因投資時(shí)擔(dān)任市長(zhǎng)的史蒂夫蓋爾(Steve Gaer)說：“他們（微軟）正在以最快的速度建造這些設(shè)施。”他表示，該公司被西得梅因致力于建設(shè)公共基礎(chǔ)設(shè)施的承諾所吸引，并通過納稅為支持這項(xiàng)投資貢獻(xiàn)了一筆“驚人”的資金。
圖3：微軟位于西得梅因市的第四、第五座數(shù)據(jù)中心有望于今年晚些時(shí)候投入使用
微軟在2020年首次表示，它正在為OpenAI開發(fā)世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一，當(dāng)時(shí)拒絕向媒體透露其部署的位置，但將其描述為“單一系統(tǒng)”，擁有超過28.5萬個(gè)傳統(tǒng)半導(dǎo)體核心和1萬個(gè)圖形處理器，后者是對(duì)人工智能工作負(fù)載至關(guān)重要的芯片。
專家們表示，由于需要在計(jì)算核心之間傳輸大量數(shù)據(jù)，在單個(gè)地點(diǎn)對(duì)人工智能模型進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練至關(guān)重要。
直到5月下旬，微軟總裁布拉德史密斯（Brad Smith）才透露，該公司已經(jīng)在愛荷華州建立了“先進(jìn)的人工智能超級(jí)計(jì)算數(shù)據(jù)中心”，專門讓OpenAI能夠訓(xùn)練其第四代模型GPT-4。這種模型現(xiàn)在支持高級(jí)版本的ChatGPT和微軟自己的諸多產(chǎn)品，并加速了一場(chǎng)關(guān)于遏制人工智能社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)的辯論。
史密斯說：“這個(gè)數(shù)據(jù)中心是由加州工程師設(shè)計(jì)的，但它實(shí)際上是在愛荷華州建造的。”
在某些方面，西得梅因是訓(xùn)練強(qiáng)大人工智能系統(tǒng)相對(duì)高效的地方，特別是與微軟在亞利桑那州的數(shù)據(jù)中心相比，后者為同樣的計(jì)算需求消耗的水要多得多。
“因此，如果你在微軟內(nèi)部開發(fā)人工智能模型，那么你應(yīng)該把模型的培訓(xùn)安排在愛荷華州，而不是亞利桑那州，”任少雷說。“在訓(xùn)練方面，這兩個(gè)地方?jīng)]有什么區(qū)別。但在用水和能源小號(hào)方面，兩者有很大的不同。”
在一年中的大部分時(shí)間里，愛荷華州的天氣足夠涼爽，以至于微軟可以使用外部空氣來保持超級(jí)計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，并將熱量排出大樓。該公司在一份公開披露的文件中表示，只有當(dāng)溫度超過29.3攝氏度時(shí)，它才會(huì)利用水來降溫。
即便如此，微軟可能仍然需要使用大量的水，特別是在夏天。根據(jù)西得梅因水廠的數(shù)據(jù)，2022年7月，也就是OpenAI表示完成GPT-4培訓(xùn)的前一個(gè)月，微軟向其愛荷華州的數(shù)據(jù)中心群注入了約1150萬加侖的水。這相當(dāng)于該地區(qū)總用水量的6%左右，該水廠也為當(dāng)?shù)鼐用裉峁╋嬘盟?/p>
2022年，西得梅因水廠的一份文件稱，該公司和市政府只會(huì)考慮微軟未來的特定數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，前提是這些項(xiàng)目能夠“展示并實(shí)施技術(shù)，大幅降低當(dāng)前水平的高峰用水量”，以保護(hù)住宅和其他商業(yè)用戶的供水。
微軟表示，該公司正在直接與自來水廠合作，以解決反饋意見。自來水廠在一份書面聲明中表示，微軟始終是一個(gè)很好的合作伙伴，一直在與當(dāng)?shù)毓賳T合作，在滿足其需求的同時(shí)減少水足跡。
03 谷歌用水量飆升20%，AI競(jìng)賽讓情況變得更糟
谷歌于7月份發(fā)布的2023年環(huán)境報(bào)告顯示，該公司的用水量飆升20%，這在很大程度上也歸功于其人工智能工作。 這家互聯(lián)網(wǎng)巨頭表示，其2022年消耗了56億加侖的水，相當(dāng)于37個(gè)高爾夫球場(chǎng)的用水量，其中52億加侖用于支持其龐大的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)，比上一年增加了20%。
谷歌的用水量上漲幅度并不一致：在俄勒岡州，其用水量很穩(wěn)定，因?yàn)樗斯姷淖⒁�；而在拉斯維加斯以外，它的用水量翻了一番。在愛荷華州，谷歌同樣很饑渴，其Council Bluffs數(shù)據(jù)中心用水量比其他任何地方都多。
谷歌的報(bào)告詳細(xì)介紹了保持大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)行所需要的環(huán)境成本，這些數(shù)據(jù)中心通常需要大量的水才能保持涼爽。數(shù)據(jù)顯示，隨著谷歌和人工智能競(jìng)賽中的所有其他科技公司加快建設(shè)新的數(shù)據(jù)中心，它們的用水量很可能會(huì)繼續(xù)上升。
2019年，谷歌僅在三個(gè)州就為數(shù)據(jù)中心申請(qǐng)了超過23億加侖的水。該公司目前在北美擁有14個(gè)數(shù)據(jù)中心，用于支持其產(chǎn)品套件Google Search，以及最近推出的Lamda和Bard等大語言模型。數(shù)據(jù)顯示，僅Lamda就可能需要數(shù)百萬升水來進(jìn)行培訓(xùn)，比GPT-3還要多，因?yàn)楣雀璧膸讉�(gè)干渴的數(shù)據(jù)中心都位于得克薩斯州等炎熱的州。
加州大學(xué)河濱分校電氣與計(jì)算機(jī)工程系副教授任少雷指出，谷歌用水量增加20%幾乎與其計(jì)算能力的增長(zhǎng)同時(shí)發(fā)生，而谷歌的計(jì)算能力在很大程度上是由人工智能推動(dòng)的。然而，任少雷表示，他對(duì)這種增長(zhǎng)能否長(zhǎng)期持續(xù)持懷疑態(tài)度，即使谷歌承諾補(bǔ)充水資源以抵消其使用量。他說：“這只是讓他們的水務(wù)賬目看起來更好，但水仍然被大量消耗。”
谷歌表示，2030年是其辦公室和數(shù)據(jù)中心補(bǔ)充120%淡水的最后期限。根據(jù)它自己的報(bào)告，目前它只補(bǔ)充了6%的淡水。谷歌目前消耗的大部分水都是“可飲用的”，足夠干凈，可以用作飲用水。
谷歌在最新報(bào)告中指出，該公司已經(jīng)考慮到緩解“當(dāng)?shù)氐乃Y源壓力”（水資源短缺的另一種方法），并表示到 2022 年，其淡水抽取量的 82% 將來自水資源相對(duì)豐富的地區(qū)。對(duì)于剩下的18%，谷歌稱其正在探索新的合作伙伴和機(jī)會(huì)來改善用水情況，但隨著更多的地方面臨水資源短缺，它可能會(huì)面臨越來越大的阻力。
2019年，谷歌計(jì)劃在亞利桑那州梅薩建立一個(gè)數(shù)據(jù)中心，保證每天最多供水400萬加侖。但正如媒體最近指出的那樣，亞利桑那州已經(jīng)面臨水資源短缺困擾，這可能會(huì)阻止其批準(zhǔn)谷歌類似的交易。
事實(shí)上，谷歌的一位發(fā)言人表示，一旦數(shù)據(jù)中心建成，那里將使用“風(fēng)冷技術(shù)”。這表明谷歌正在努力尋找更可持續(xù)的用水策略，以應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的用水需求。
04 Meta新AI模型用水總量驚人
微軟和谷歌并不是唯一感到越來越饑渴的公司。Facebook母公司Meta也在亞利桑那州建設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)中心，2022年用水量超過260萬立方米(約合6.97億加侖)，主要用于冷卻數(shù)據(jù)中心。此外，Meta最新的大語言模型Llama 2，也需要大量的水來訓(xùn)練。
今年7月份，Meta發(fā)布了名為L(zhǎng)lama 2的大型新人工智能模型�？萍夹袠I(yè)的人都感到很興奮，除了任少雷，他對(duì)訓(xùn)練這些大語言模型需要消耗的水量感到擔(dān)心。任少雷估計(jì)，訓(xùn)練Llama 2需要的用水總量高達(dá)1090萬升，如果不包括水力發(fā)電，則為280萬升。普通人平均每天要喝大約3升水。
Meta沒有透露它用了多少水來訓(xùn)練這個(gè)人工智能模型。不過，該公司確實(shí)披露了耗電量。任少雷以此為基礎(chǔ)，研究了Meta數(shù)據(jù)中心在使用能源和水方面的效率。他說，Llama 2幾乎是Meta今年早些時(shí)候推出的上一款大型人工智能模型Llama 1的水足跡的兩倍。
數(shù)據(jù)中心已經(jīng)消耗了大量的能源，人工智能的蓬勃發(fā)展預(yù)計(jì)將大幅增加這種消耗。任少雷表示：“如果用電量增加，碳足跡和水足跡等其他東西也會(huì)隨之增加。” Meta發(fā)言人沒有就任少雷的估算進(jìn)行置評(píng)。
Meta的數(shù)據(jù)中心在2021年使用了超過500萬立方米的水，大約相當(dāng)于13.3億加侖。該公司尚未分享2022年的數(shù)據(jù)。
到今年年底或者明年，Meta將在亞利桑那州建成并擴(kuò)建一個(gè)數(shù)據(jù)中心，其用水量將繼續(xù)攀升。（文/金鹿）
