Von. Michela Taufer, Ph.D. und Chandra Krintz, Ph.D.
Von fortschrittlichen Wettervorhersagesystemen bis hin zu individuell auf den Einzelnen zugeschnittener Präzisionsmedizin verändert KI praktisch jeden Sektor der Industrie und Kultur rasant. Während wir jedoch das volle Potenzial der KI ausschöpfen, steht die Gesellschaft vor einem beunruhigenden Paradoxon: Die zur Lösung globaler Probleme eingesetzte Technologie könnte eine unserer drängendsten Herausforderungen verschärfen – den Klimawandel.
Jüngste Prognosen zeigen, dass KI bis 2030 bis zu 21 % der weltweiten Stromversorgung verbrauchen könnte. Diese erschreckende Zahl wird durch die jüngste Nachricht deutlich, dass Microsoft erwägt, ein stillgelegtes Kernkraftwerk zu reaktivieren, um ein Rechenzentrum mit Strom zu versorgen. Solche Entwicklungen unterstreichen die dringende Notwendigkeit, die Umweltauswirkungen der KI zu berücksichtigen, auch wenn die Menschheit sie nutzt, um die Grenzen der Wissenschaft zu verschieben, um Probleme zu lösen und das Leben zu verbessern. Wir müssen uns fragen: „Lösen“ wir uns den Weg in eine Katastrophe?
Im Rahmen unserer Arbeit mit der Computing Group Consortium (CCC) Job Pressure on Sustainability and Local weather Resilience der Computing Analysis Affiliation haben wir das Glück, auf der SC24-Konferenz eine Plattform zu erhalten. Wir werden diese Gelegenheit nutzen, um Experten aus Wissenschaft und Industrie zusammenzubringen, um über einige der wichtigeren Fragen nachzudenken, die Technologieführer stellen sollten, wenn sie versuchen, die Vorteile der KI mit den Bedrohungen des Klimawandels in Einklang zu bringen. Wir werden die KI- und Excessive-Efficiency-Computing-Gemeinschaften (HPC) herausfordern, über den Wachstumspfad der KI und ihre Auswirkungen auf die Umwelt nachzudenken, und wir werden Fragen stellen, die bei Diskussionen über die Zukunft der KI im Vordergrund stehen müssen. Hier stellen wir als Vorschau drei dieser Fragen vor, die Führungskräfte auf der ganzen Welt berücksichtigen sollten, in der Hoffnung, eine branchenweite Diskussion anzustoßen.
Wie kann KI weiterhin Innovationen vorantreiben und gleichzeitig Umweltschäden minimieren?
Mittlerweile sind wir uns alle einig, dass KI ein enormes Potenzial hat, aber wir müssen uns fragen, ob die steigenden Umweltkosten der Skalierung von KI ihre Vorteile untergraben. Große Sprachmodelle wie GPT oder BERT erfordern enorme Rechenressourcen und damit enorme Mengen an Energie. Eine einzelne Anfrage an ChatGPT verbraucht etwa zehnmal mehr Energie als eine herkömmliche Google-Suche. Diese Vorgänge finden in weitläufigen Rechenzentren statt, die immer mehr Energie verbrauchen. Während sich die KI weiterentwickelt, drohen ihr Energiebedarf und der damit verbundene CO2-Fußabdruck die Vorteile, die sie verspricht, zu untergraben.
Es besteht die Tendenz, dass Einzelpersonen die Hände schütteln und entscheiden, dass Probleme wie diese zu groß sind, als dass sie sie lösen könnten, aber eine Initiative an der Foundation könnte ein entscheidender Ausgangspunkt sein. Diese drohende Gefahr erfordert eine konzertierte Anstrengung der HPC-Group, der Energieeffizienz beim Entwurf von KI-Systemen bis hin zum Code Priorität einzuräumen, wo energieeffiziente Hardwarearchitekturen mit optimierten Algorithmen kombiniert werden, die die Auswirkungen von KI auf den CO2-Ausstoß abschwächen. Das bedeutet, eine Belegschaft zu entwickeln, die die Auswirkungen von KI-Schulungen auf Systemebene versteht, einschließlich Stromverbrauch, Datenbewegung und die damit verbundenen Kosten. Anstatt sich ausschließlich auf die Weiterentwicklung der KI-Fähigkeiten zu konzentrieren, ist es wichtig, der Effizienz dieser KI-Systeme Priorität einzuräumen, um ein nachhaltiges Gleichgewicht zu erreichen.
Die an der Entwicklung von KI beteiligten Gemeinschaften müssen sich darüber im Klaren sein, dass Innovation zwar das Ziel ist, das Erreichen eines Gleichgewichts jedoch von entscheidender Bedeutung ist. Sie sind dafür verantwortlich, dass zukünftige KI-Technologien nicht nur komplexe Probleme lösen, sondern dies auch mit minimalen Auswirkungen auf die Umwelt tun.
Welche Forschungslücken müssen geschlossen werden, um sicherzustellen, dass die KI-Entwicklung mit Nachhaltigkeitszielen im Einklang steht?
Während wir ein gewisses Verständnis für bestimmte Fälle des KI-Energieverbrauchs haben (z. B. ChatGPT-Abfragen), bleibt unser umfassenderes Verständnis des gesamten CO2-Fußabdrucks von KI begrenzt. Uns mangelt es an umfassendem Wissen über die Kompromisse zwischen Leistung und Effizienz verschiedener KI-Systeme. Die wachsende Umweltbelastung der KI könnte ihre versprochenen Vorteile zunichte machen, ohne dass konzertierte Anstrengungen unternommen werden, um diese Lücken zu schließen.
In vielen Bereichen sind eingehendere Untersuchungen erforderlich, darunter zusätzliche Forschung zu energieeffizienten Algorithmen und Softwareschichten sowie die Erforschung alternativer Architekturen wie neuromorphes Computing und Quantencomputing als Beschleuniger für Energieeffizienz. Es müssen neue Nachhaltigkeitspraktiken erforscht werden, einschließlich der Erstellung von Metriken und Benchmarks für die Energieeffizienz, um die Auswirkungen dieser Innovationen zu messen.
Wir müssen auch Bildungsprogramme entwickeln, die Fachkräfte zu Beginn ihrer Karriere auf ein grundlegendes Verständnis der Auswirkungen und Implikationen der KI auf Systemebene vorbereiten. Dies ist insbesondere beim energieeffizienten Systemdesign erforderlich, wo die Optimierung der Datenbewegung und die Minimierung des Stromverbrauchs für eine nachhaltige KI-Entwicklung von entscheidender Bedeutung sind. Indem wir eine Kultur der Nachhaltigkeit im Computing schaffen, können wir zukünftige Generationen von KI-Forschern darauf vorbereiten, diese Herausforderungen von Anfang an anzugehen.
Ein umfassender Ansatz ist unerlässlich. Wir müssen eine Belegschaft fördern, die verantwortungsvolle Innovationen vorantreiben und dabei technologischen Fortschritt mit Umweltschutz in Einklang bringen kann. Jetzt ist es an der Zeit, den Grundstein für eine Zukunft zu legen, in der das Potenzial der KI voll ausgeschöpft wird, ohne die Gesundheit unseres Planeten zu gefährden.
Wie kann die Zusammenarbeit zwischen Technologen und Umweltwissenschaftlern zu Durchbrüchen bei nachhaltigen KI-Praktiken führen?
Technologen allein können keine nachhaltigen KI-Lösungen entwickeln. Die Herausforderungen sind zu komplex, als dass sie von einer einzelnen Disziplin gelöst werden könnten. Wir brauchen solide Kooperationen, die das Fachwissen von Technologen, Umweltwissenschaftlern, Ethikern und anderen Bereichen bündeln, um diese Probleme anzugehen.
Unser bevorstehendes Panel bei SC24 soll ein Ausgangspunkt für diesen kollaborativen Ansatz sein. Wir haben ein „Traumteam“ aus Experten mit Fachkenntnissen zusammengestellt, um einzigartige Perspektiven in die Diskussion einzubringen und bei der Bewältigung dieser komplexen Probleme zu helfen. Wir hoffen, durch diesen Ansatz neue Wege zur Reduzierung der Umweltauswirkungen von KI zu identifizieren und gleichzeitig die Grenzen der Innovation zu verschieben.
Unsere Botschaft ist klar: Zusammenarbeit ist entscheidend für die Entwicklung von Lösungen der nächsten Technology, die ein Gleichgewicht schaffen und sicherstellen, dass wir die Vorteile von Innovationen nicht auf Kosten irreversibler Klimaschäden übertreffen. Indem wir die Erkenntnisse von Führungskräften aus verschiedenen Bereichen nutzen, darunter beschleunigte Computerarchitekturen, fortschrittliche Kühltechnologien, Integration erneuerbarer Energien, verbessertes Rechenzentrumsdesign und sogar Politik und Governance, können wir effizientere und umweltfreundlichere KI-Systeme entwickeln.
Dieser Dialog mit unterschiedlichen Perspektiven kann ein wertvoller Katalysator für Veränderungen sein. Wir ermutigen die HPC- und KI-Gemeinschaften, aktiv mit Experten aus benachbarten Bereichen und Disziplinen zusammenzuarbeiten, um Bereiche zu identifizieren, in denen nachhaltige KI-Praktiken gemeinsam entwickelt werden können. Durch diese Partnerschaften werden sich neue Türen öffnen, um diese komplizierten Herausforderungen zu bewältigen, und Innovationen werden sich auf die Gesellschaft auswirken und gleichzeitig die Umwelt schützen.
Der Weg nach vorne
Die Zukunft der KI erfordert, dass Nachhaltigkeit eine Priorität und kein nachträglicher Gedanke ist. Dabei handelt es sich nicht nur um technische Herausforderungen, sondern auch um moralische Gebote, die sofortige Aufmerksamkeit erfordern. Wir ermutigen unsere Kollegen, sich an diesen kritischen Gesprächen zu beteiligen, an relevanten Foren teilzunehmen und uns diesen November in Atlanta zu besuchen, um sicherzustellen, dass diese Diskussionen in der breiteren Gemeinschaft Fuß fassen.
Die Auswirkungen der KI werden sich über viele Disziplinen erstrecken, von der öffentlichen Gesundheit bis zur Landwirtschaft, was das Streben nach nachhaltiger KI zu einer technischen Herausforderung und einer gesellschaftlichen Notwendigkeit macht. Durch die Zusammenarbeit können wir sicherstellen, dass das transformative Potenzial der KI auf eine Weise ausgeschöpft wird, die die Ressourcen unseres Planeten respektiert und schont. Stellen wir uns dieser Herausforderung und gestalten wir eine Zukunft, in der technologischer Fortschritt und Umweltschutz Hand in Hand gehen.
Über die Autoren
Dr. Michela Taufer ist Dongarra-Professorin an der College of Tennessee Knoxville und stellvertretende Vorsitzende von ACM SIGHPC und leitet die Forschung zu wissenschaftlichen Anwendungen auf heterogenen Plattformen und KI für Cyberinfrastrukturen.
Dr. Chandra Krintz ist Professorin an der College of California in Santa Barbara und Mitbegründerin von AppScale Methods, Inc. mit Schwerpunkt auf der Schnittstelle von IoT, Cloud Computing und Datenanalyse mit Anwendungen in Landwirtschaft, Viehzucht und Ökologie.