人工智慧技術的飛速發展為能源消耗帶來飛輪效應,全球能源消耗正以前所未有的速度成長,特別是資訊科技和資料中心的運作,對能源資源和環境帶來了顯著的壓力。 這種不斷增加的能源需求促使高科技產業必須尋找新的解決方案來減少能耗,並在不犧牲技術進步的前提下,實現更高的能源效率。因此,探討如何透過創新科技、特別是在半導體產業中落實節能承諾,便成為產業領袖迫切需要解決的問題。
AI 的崛起與能源消耗挑戰
當前全球資料中心耗電量的增加,代表數位轉型的快速推進,以及更多服務和資料分析在雲端進行的趨勢。這主要反應在AI模型訓練和推論過程中的運算。此外,生成式 AI 應用,如 GPT 和DALL-E,因其能夠產生新的文字、圖像和媒體內容,需進行大量的資料處理和運算,也進一步推升了能源消耗。
當前資料中心的用電量已經十分驚人:全球每年需要 460 太瓦/時(TWh)的電力,相當於德國全國的用電量。預計在 2030 年前,AI 的崛起將讓這個數值成長 3 倍,超過印度這個全球人口最多國家的總用電量。這一數據不僅顯示了資訊科技對能源的巨大需求,也突顯了改善能源效率的急迫性。
從技術創新解決 AI 應用對能源的挑戰
現實狀況是:沒有電力,就沒有 AI。企業必須重新審視全局來因應能源效率問題。有鑑於 AI 伺服器的數量在未來幾年將成長超過 300%,高能源效率不再是競爭優勢,而是該產業的基本要求。如今,資料中心設計所考量的功耗單位已從兆瓦級躍升到千兆瓦的級別。因此,能源效率直接決定了資料中心的盈利能力,超大規模雲端資料中心也必須積極尋求節能解決方案。
創新技術包括從源頭端的運算架構設計,優化記憶題層次架構、先進的封裝技術、以及AI調優的框架,以便高效率的管理運算及資料流動。其中,追求能源效率始終是 Arm 的 DNA。Arm 最早推出的產品即是運用電池供電,並啟動了手機革命。隨著高能源效率成為最重要的產業焦點,如今的雲端運算和資料中心,從晶片到軟體,也都優先採用 Arm 架構進行設計,成功地為超大規模雲端資料中心,例如 AWS,Google Cloud,Microsoft Azure 及 Oracle Cloud等,解決卓越效能與能源消耗的兩難。
綠色 AI 藍圖
雖然導致全球資料中心耗電量劇增的驅動力來自於 AI,但其實AI 也可加速融入永續發展的實踐。除了使用高效率的技術,「綠色 AI」 策略也將受到越來越多的重視。例如, AI 模型訓練可能會逐漸選擇在碳排放較低的地區和電網負荷較低的時間段進行,並可能成為未來的標準做法。透過平衡電網上的能源負載,這種方法將能緩解峰值需求壓力,減少總體碳排放量。因此,預計會有更多雲端服務提供者,推出針對效率優化的模型訓練的調度服務。
其他方法還包括:優化現有 AI 模型以提高執行效率,重複使用或重新定位預訓練的 AI 模型,以及採用「綠色編碼」,盡可能地減少能源消耗。在「綠色 AI 」浪潮中,我們可能還會看到自發性標準的導入,隨後逐步形成正式標準,以促進 AI 的永續發展。
與可再生能源與 AI 的融合發展
可再生能源與 AI 的結合,有望推動整個能源產業的創新。目前,可再生能源在可靠性和靈活性方面不足,難以平衡峰值負載,這對電網脫碳進程造成阻礙。
未來,AI 將能夠更準確地預測能源需求,即時地最佳化電網運行,並提高可再生能源的效率,進而幫助解決這些問題。電能儲存解決方案也將受惠於 AI,AI 能夠優化電池效能和壽命,這對於平衡可再生能源的間歇性特性至關重要。
導入 AI 不僅有助於解決預測和平衡峰值需求的難題,還能預測與識別維護需求,進而減少能源供應中斷。智慧電網則可利用 AI 進行即時電能流動的即時管理,有效降低能源損耗。AI 與可再生能源的深度融合,預計將可大幅度地提高能源系統的效率和永續性。
在可再生能源領域中,Arm 技術被應用於風力發電的智慧監控系統中,這些系統利用基於 Arm 的感測器來最佳化風機的運作效率,進而最大化能源產出並減少能源損失。另一個案例是 Arm 技術在智慧水表中的應用,這些水表能夠精確監測水流,有效減少水資源的浪費,並通過資料分析來最佳化水資源管理。
未來展望與挑戰
「AI 是我們這一生中最重要的機會。這個時刻至關重要——不論是對人類、地球,以及我們所有人的未來。」而根據Arm最新發表的根據全球655位企業領袖進行訪查而成的AI就緒指數報告指出,82% 的全球領先企業已經採用 AI,80% 的組織已經編列預算,甚至87%的企業也表示已增列預算,而且80%的企業領導者將優先考慮將AI投資用做加強組織營運的方式。AI技術的躍進以及企業組織的大幅採用與計畫導入,相關的能源需求預計仍將持續成長。Arm正在積極開發新一代更高效率的運算技術,以應對這一挑戰。這包括進一步優化處理器架構,以及開發專門針對AI應用的低功耗晶片,以確保在滿足日益成長的運算需求的同時,能夠有效控制能源消耗。

Arm 致力於在技術發展與能源效率之間的平衡,展現其透過技術創新來支持更加節能和環保的解決方案,在推動半導體領域的能源效率和永續發展方面發揮不可或缺的作用。隨著技術的進步,產業內外的企業和機構需要共同努力,推動更全面的節能技術,以確保科技進步與地球永續得以兼顧。