觀看在線視頻、使用語音助手……這些看似平常動(dòng)作背后依托的龐大網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心竟消耗了全球8%的電力。在流媒體、人工智能和區(qū)塊鏈的推動(dòng)下，這部分電力需求從2040年起或會(huì)超過能源產(chǎn)量！
在線追劇、在社交平臺(tái)上發(fā)自拍、移動(dòng)支付、給語音助手下達(dá)指令……我們想當(dāng)然認(rèn)為這些再平常不過的行為是純虛擬的，不過動(dòng)動(dòng)手指而已，不會(huì)帶來任何現(xiàn)實(shí)后果。這就大錯(cuò)特錯(cuò)了。
一場數(shù)據(jù)海嘯
最新研究報(bào)告明確指出：數(shù)字產(chǎn)業(yè)目前大約消耗全球電量的8%，產(chǎn)生的二氧化碳占總排放量的4%，遠(yuǎn)超海運(yùn)和空運(yùn)。而這一切還只是開始。
“盡管人類在能源利用效率方面取得了重大進(jìn)步，但數(shù)字產(chǎn)業(yè)的能源消耗目前仍以每年9%的速度增長，”法國智庫The Shift Project項(xiàng)目經(jīng)理于格·費(fèi)雷博夫（Hugues Ferreboeuf）遺憾地表示，“目前的增長態(tài)勢和幾年前的可怕預(yù)測基本吻合。”
前景不容樂觀。華為公司的研究人員預(yù)計(jì)，至2025年，數(shù)字產(chǎn)業(yè)可能會(huì)消耗全球20%的電力。換言之，再過6年，人類線上活動(dòng)的電力需求量或許相當(dāng)于400多個(gè)核反應(yīng)堆提供的電能……
更糟糕的是，“到2040年，數(shù)據(jù)計(jì)算所需的能源甚至可能超過全球能源總產(chǎn)量。”法國數(shù)學(xué)家塞德里克·維拉尼（Cédric Villani）在其關(guān)于人工智能的最新報(bào)告中指出。這意味著全球飛速發(fā)展的數(shù)字化進(jìn)程會(huì)直接將人類帶入能源和氣候的絕境。
緣何走到這一步？答案很簡單，發(fā)展中國家的互聯(lián)網(wǎng)用戶呈爆炸式增長，網(wǎng)絡(luò)的使用頻率不斷增加，尤其是新式互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層出不窮。
例如獨(dú)占全球互聯(lián)網(wǎng)流量近60%的流媒體視頻；使用率越來越高的人工智能；可能徹底改變經(jīng)濟(jì)規(guī)則的區(qū)塊鏈技術(shù)。每一項(xiàng)應(yīng)用都會(huì)調(diào)動(dòng)肉眼不可見卻極其耗能的一整套基礎(chǔ)設(shè)施：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心（云端）以及將數(shù)據(jù)傳輸至電腦、平板、智能手機(jī)等終端的網(wǎng)絡(luò)。
多項(xiàng)研究均已警示人們，網(wǎng)上沖浪或是發(fā)送電子郵件并非對環(huán)境全無影響。法國輸電公司（RTE）電網(wǎng)負(fù)責(zé)人要求用戶在電力需求高峰期盡量避免發(fā)送帶有大附件的電子郵件……各類流媒體的能耗更是有過之而無不及：觀看10分鐘的高清視頻就相當(dāng)于2000瓦功率的家用烤箱滿負(fù)荷運(yùn)行5分鐘。
局勢難以為繼
人們似乎仍未注意到這個(gè)能耗陷阱。
“這些新興視頻應(yīng)用需要人們不斷提升基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模來應(yīng)對流量高峰，因?yàn)槟呐率菢O短時(shí)間的服務(wù)中斷，用戶都無法忍受。”法國信息技術(shù)與隨機(jī)系統(tǒng)研究所（IRISA）研究員安娜-塞西爾·奧熱里（Anne-Cécile Orgerie）解釋道，“然而這些超大型基礎(chǔ)設(shè)施卻異常‘貪婪’。即使沒有指令請求，網(wǎng)絡(luò)中心的路由器也會(huì)以最大功耗的90%運(yùn)轉(zhuǎn)，視頻存儲(chǔ)服務(wù)器也是如此。單是我們從不關(guān)閉的路由器，其耗電量就占到法國總電力消耗的1%！”
流媒體使網(wǎng)絡(luò)發(fā)熱15%，這是在線視頻網(wǎng)站 Netflix獨(dú)占的互聯(lián)網(wǎng)流量份額。如此龐大的數(shù)據(jù)傳輸需要新的高耗能基礎(chǔ)設(shè)施。
長此以往，這種情況似乎難以為繼。全球網(wǎng)絡(luò)流量以每年25%的速度增長，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量更是以40%的速度不斷膨脹。
“數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施體積小、不顯眼，這對發(fā)展有利，于是人們欣然走到了這般田地。我們必須要讓用戶意識(shí)到這一產(chǎn)業(yè)的負(fù)面影響。”法國格勒諾布爾大學(xué)信息研究工程師弗朗索瓦絲·貝爾圖（Fran?oise Berthoud）提議。
雖然公眾對此仍一無所知，但網(wǎng)絡(luò)巨頭并不諱言這一窘境，他們紛紛在全球范圍內(nèi)尋找擁有充足、廉價(jià)、安全甚至是可再生電能的地區(qū)——氣候越寒冷越有利于服務(wù)器散熱。
Facebook、蘋果公司、Google和亞馬遜都加大力度，在愛爾蘭、加拿大、挪威、瑞典等北半球高緯地區(qū)國家建造大型數(shù)據(jù)中心，以應(yīng)對未來幾年數(shù)十億的互聯(lián)網(wǎng)用戶可能引發(fā)的“數(shù)據(jù)海嘯”。
“遺憾的是，這些新興應(yīng)用程序產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)與未壓縮數(shù)據(jù)仍需消耗更多能量才能被傳至云端。”法國原子能和替代能源委員會(huì)（CEA）嵌入式軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)部門研發(fā)工程師丹尼·杜特瓦（Denis Dutoit）強(qiáng)調(diào)。
節(jié)能之路？
除了存儲(chǔ)和傳輸，基于人工智能的大數(shù)據(jù)處理也越來越精細(xì)：著名的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被用于照片分類、自動(dòng)推送、面部識(shí)別、語音助手等領(lǐng)域。
然而此類新型計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)算會(huì)消耗大量能源，加拿大蒙特利爾學(xué)習(xí)算法研究所的馬修·庫爾巴里奧（Matthieu Courbariaux）指出：“我們要對這些算法進(jìn)行數(shù)百萬種不同情景的模擬，每一種都需要進(jìn)行數(shù)十億次運(yùn)算。為了配合這些運(yùn)算，制造商會(huì)同時(shí)運(yùn)行海量超級(jí)計(jì)算機(jī)，帶動(dòng)數(shù)千個(gè)300瓦的顯卡！”
制造商承諾，一旦校準(zhǔn)算法，能源消耗就會(huì)明顯減少，但這僅針對小程序……而自動(dòng)駕駛汽車已開始面臨棘手的能源問題：目前原型車裝配的計(jì)算機(jī)功耗介乎2000瓦到2500瓦之間，高于空調(diào)設(shè)備。
這些車輛每行駛1千米所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)管理會(huì)額外排放25克以上的二氧化碳。在汽車工程師們竭盡全力降低每一克溫室氣體排放的背景下，這一數(shù)據(jù)顯得尤為惹眼：如今法國出售的新車的二氧化碳平均排放量約為110克/千米。
最后，加密貨幣（比特幣）的發(fā)展趨勢也敲響了警鐘。比特幣的運(yùn)作其實(shí)是被稱為“礦工”的操作人員之間進(jìn)行的計(jì)算能力競賽：密碼破譯每10分鐘一次，勝者可獲得12.5個(gè)比特幣。
區(qū)塊鏈技術(shù)已使數(shù)據(jù)中心處于飽和49太瓦時(shí)，這是比特幣的年耗電量（仍然非常小眾），相當(dāng)于葡萄牙 1030 萬人口每年的電力需求！
“近一年半，我們收到了300多個(gè)區(qū)塊鏈計(jì)算中心的設(shè)立申請，”加拿大魁北克水電公司的喬納森·科泰（Jonathan Coté）證實(shí)，“要知道，這些項(xiàng)目的能耗可達(dá)2.8萬兆瓦，相當(dāng)于我國在一個(gè)世紀(jì)內(nèi)建造的電力設(shè)施的總發(fā)電量的一半……”
有美國工程師估計(jì)，“開采”一美元比特幣所需的能量是提取價(jià)值一美元黃金的3.4倍——足以煮沸50多升水！
“高能耗杜絕了比特幣偽造。”德國北方比特幣股份有限公司的漢斯·若阿西姆·杜爾（Hans Joachim Durr）試圖為比特幣正名。“這正是比特幣系統(tǒng)讓人崩潰的特點(diǎn)，高能耗將其置于尷尬境地。”法國里爾信息技術(shù)、信號(hào)與自動(dòng)化研究中心的讓-保羅·德拉艾（Jean-Paul Delahaye）遺憾地表示。
美國夏威夷大學(xué)一支氣候?qū)W家團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，假如大規(guī)模推廣比特幣，不到20年的時(shí)間，全球溫度就能上升2℃——這是決定地球命運(yùn)的臨界值！
如此看來，我們是否需要阻止全球數(shù)字化進(jìn)程？目前尚無定論。而數(shù)字產(chǎn)業(yè)也已承諾大幅度降低能源消耗。工程師正在研發(fā)更簡單的電子元件架構(gòu)，例如模仿人體神經(jīng)元運(yùn)行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片。
此外，人們還提出了更高效的加密貨幣概念。網(wǎng)絡(luò)也仍有極大的進(jìn)步空間。“我們在Green Touch項(xiàng)目中已經(jīng)證實(shí)，從個(gè)人路由器的虛擬化著手，技術(shù)手段可將網(wǎng)絡(luò)能耗減少98%。”安娜-塞西爾·奧熱里提出。而人工智能也將進(jìn)一步優(yōu)化建筑、運(yùn)輸、電網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心的能源結(jié)構(gòu)。
必須做出選擇
法國輸電公司戰(zhàn)略與展望部主任托馬·維朗克（Thomas Veyrenc）對此表示樂觀：“我們并不認(rèn)為法國未來幾年和數(shù)字化相關(guān)的電力消耗會(huì)出現(xiàn)爆炸式增長。雖然新的應(yīng)用在不斷增加，但效率也在不斷提升。”即使“反彈效應(yīng)”在這一領(lǐng)域頻繁出現(xiàn)，但系統(tǒng)在不斷優(yōu)化，功能也愈發(fā)強(qiáng)大、愈加多樣化。
問題關(guān)鍵在于我們能否快速取得進(jìn)展，以抵消幾年后“數(shù)據(jù)海嘯”的影響。“模型顯示，這些進(jìn)展理論上并不足以阻止未來10年大幅增長的能源消耗，”華為公司研究員安德斯·安德烈亞（Anders Andrae）透露，“因此，我們必須在信息數(shù)據(jù)和能源之間做出選擇。鑒于當(dāng)今社會(huì)對數(shù)字產(chǎn)業(yè)的高度依賴，能源或許會(huì)優(yōu)先用于數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)，其他高能耗產(chǎn)業(yè)會(huì)受到一定影響。”
必須做出選擇
法國輸電公司戰(zhàn)略與展望部主任托馬·維朗克（Thomas Veyrenc）對此表示樂觀：“我們并不認(rèn)為法國未來幾年和數(shù)字化相關(guān)的電力消耗會(huì)出現(xiàn)爆炸式增長。雖然新的應(yīng)用在不斷增加，但效率也在不斷提升。”即使“反彈效應(yīng)”在這一領(lǐng)域頻繁出現(xiàn)，但系統(tǒng)在不斷優(yōu)化，功能也愈發(fā)強(qiáng)大、愈加多樣化。
問題關(guān)鍵在于我們能否快速取得進(jìn)展，以抵消幾年后“數(shù)據(jù)海嘯”的影響。“模型顯示，這些進(jìn)展理論上并不足以阻止未來10年大幅增長的能源消耗，”華為公司研究員安德斯·安德烈亞（Anders Andrae）透露，“因此，我們必須在信息數(shù)據(jù)和能源之間做出選擇。鑒于當(dāng)今社會(huì)對數(shù)字產(chǎn)業(yè)的高度依賴，能源或許會(huì)優(yōu)先用于數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)，其他高能耗產(chǎn)業(yè)會(huì)受到一定影響。”
人類勢必會(huì)陷入這般兩難境地，除非能減少對在線視頻網(wǎng)站、社交軟件、語音助手以及未來其他偉大創(chuàng)新的使用需求。坦白說，我們未必能做到。
