Блог

Эндрю Райс и Адриан Фрайдей являются членами рабочей группы под председательством Энди Хоппера FRS и возглавляют проект Королевского общества по цифровым технологиям и планете.

«Число людей, выходящих в интернет, растет примерно на миллион каждый день, в то время как количество пользователей Интернета будет увеличиваться так же быстро. Настоящие вопросы, которые нам нужно задать, таковы: будет ли когда-нибудь предел, и должны ли мы его навязывать?»

Хассабис, научный сотрудник в области компьютерных наук в Королевском колледже

Профессор Адриан Фрайдей

заведующий кафедрой вычислительной техники и коммуникаций Ланкастерского университета.

Хассабис, научный сотрудник в области компьютерных наук в Королевском колледже

Доктор Эндрю Райс — читатель факультета компьютерных наук и технологий Кембриджского университета в группе цифровых технологий и научный сотрудник Хассабиса в области компьютерных наук в Королевском колледже. Он приглашенный ученый в Google.

Профессор Адриан Фрайдей

заведующий кафедрой вычислительной техники и коммуникаций Ланкастерского университета.

В последние месяцы мы стали свидетелями необычайной силы Интернета. Он позволил врачам и ученым мгновенно обмениваться информацией о распространяющейся пандемии коронавируса, стал источником информации для миллиардов людей. Это позволило многим работать и сотрудничать из дома и стало спасательным кругом для людей, пытающихся оставаться на связи с друзьями, семьей и внешним миром. Интернет сблизил людей в то самое время, когда их разлучили.

Поскольку более половины населения мира вынуждено сидеть дома, пытаясь контролировать пандемию, появилось много изображений и историй о влиянии пандемии на окружающую среду. Загрязнение воздуха и выбросы углерода резко сократились из-за снижения уровня промышленной деятельности и транспорта. Вместо того, чтобы ездить на работу, многие сотрудники подключаются удаленно через Интернет. Но и эта онлайн-деятельность не свободна от выбросов.

Большинство из нас пользуются Интернетом, не обращая внимания на сложную инфраструктуру кабелей, оптоволокна, компьютеров, центров обработки данных, маршрутизаторов, серверов, ретрансляторов, спутников, радиомачт и энергии, необходимой для ее работы. И Интернет потребляет больше энергии, чем мы можем себе представить — каким бы мощным ни был Интернет, также требуется много энергии для создания, установки и запуска сети инфраструктуры, которая его поддерживает. Это, в свою очередь, приводит к выбросу углекислого газа (CO2) в атмосферу, что способствует климатическому кризису. По мере роста масштабов Интернета и его инфраструктуры мы больше не должны игнорировать это воздействие на окружающую среду.

Некоторые попытки оценить углеродный след Интернета привели к драматическим заголовкам о том, сколько CO2 высвобождается при каждом онлайн-поиске и отправке электронного письма. Но точно знать, сколько углерода выбрасывается в атмосферу в результате одной такой онлайн-активности, на самом деле довольно сложно, в зависимости от того, какие части цепочки потребительских устройств, беспроводных сетей, центров обработки данных и интернет-магистралей вы включаете в свои расчеты. Это также зависит от того, какая часть энергии, используемой каждым элементом инфраструктуры, относится к вашей задаче. В любой данный момент эта огромная сеть оборудования выполняет множество различных вычислительных операций одновременно.

Попытка определить количество высвобожденного углекислого газа, отправив одно электронное письмо или опубликовав сообщение в социальных сетях, — это все равно, что вычислить, сколько еды вам нужно съесть, чтобы прочитать предложение вслух. Проблема в том, что пока вы говорите, вы одновременно дышите, перевариваете пищу, двигаетесь и выполняете множество других действий.

Это также неправильный вопрос. Интересно не то, сколько энергии уходит на один вдох или звук. Скорее, сколько еды вы съели, чтобы вырастить свое тело, в первую очередь, вы должны учитывать? Это также относится и к Интернету. Каждое устройство, которое мы используем для доступа к нему, и единица оборудования в цепочке инфраструктуры требуют энергии для производства, доставки и установки. Производство микросхем требует много энергии. Высокий уровень очистки, необходимый для кремния, вместе с большим количеством очищенной воды, необходимой для их промывки, делает их невероятно энергоемкими по сравнению с массой конечного продукта.

Во многих случаях на использование компьютерного оборудования приходится немногим более трети энергии, потребляемой им в течение срока службы. Остальное исходит от энергии, необходимой для ее производства и доставки.Это означает годы отправки электронных писем, выполнения поиска и просмотра онлайн-видео, чтобы произвести столько же парниковых газов, сколько выделяется при производстве наших устройств.

Если мы стремимся уменьшить влияние Интернета на окружающую среду, гораздо разумнее будет взглянуть на наше отношение к технологическому оборудованию, которое мы используем. В то время как телефон требует меньше энергии для работы по сравнению с ноутбуком или настольным компьютером, мы держим их гораздо меньше — большинство из нас будет менять свои телефоны каждый год или около того, в то время как ПК прослужит четыре или пять лет.

Увеличение времени, в течение которого мы используем наше оборудование, возможно, является простым способом уменьшить воздействие наших цифровых технологий на окружающую среду. Например, один проект в Эдинбургском университете показал, что использование одного настольного компьютера и монитора в течение шести лет вместо четырех позволяет избежать выброса 190 кг CO2-эквивалента (эквивалент CO2) (PDF).

Но даже если мы решим относиться к нашему собственному ИТ-оборудованию с большей любовью, в других частях системы все еще есть проблемы, которые требуют более масштабных изменений. Центры обработки данных, которые выполняют большую часть вычислительной «работы» в Интернете, управляются таким образом, что процессоры, микросхемы и жесткие диски фактически являются одноразовыми предметами, срок службы которых составляет всего несколько лет, прежде чем они выйдут из строя. Компьютеры — это товары на рабочем месте, от которых отказываются, когда они больше не могут обслуживаться, а не потому, что они устарели.

Есть ли способ лучше? Конечно, центры обработки данных добились больших успехов в решении проблемы количества энергии, необходимой им для работы. Центры обработки данных, состоящие из комнат, заполненных рядами стоек, заполненных компьютерами с выделенными серверами, являются горячими местами, которые необходимо охлаждать, и именно здесь используется большая часть энергии, необходимой для их работы.

Считается, что в 2018 году центры обработки данных во всем мире использовали около 205 ТВтч электроэнергии, что составляет около 1% мирового потребления электроэнергии.Но в то время как рабочая нагрузка центров обработки данных резко возросла в последние годы — по одной оценке, до 550% с 2010 года — количество потребляемой ими энергии осталось примерно на том же уровне. Перемещаясь в более крупные специально построенные центры обработки данных – в некоторых случаях размером в десятки тысяч квадратных метров – крупные интернет-компании смогли спроектировать эти объекты таким образом, чтобы сделать их гораздо более эффективными. В некоторых частях мира горячие выхлопные газы использовались для обогрева населенных пунктов, живущих поблизости. Трубопроводы в воде, которая является лучшим проводником тепла, чем воздух, — это еще одна опробованная уловка, в то время как инженеры центров обработки данных добились других успехов, чтобы снизить энергетическую нагрузку своих систем — например, убрали ряды мигающих светодиодов и настроили оборудования, чтобы они меньше нагревались.

Также возникает вопрос, откуда берется электричество для питания всех систем, от которых зависит Интернет. Центр обработки данных в Калифорнии, например, будет иметь гораздо больший доступ к возобновляемым источникам энергии, чем, например, в Китае или Индии — в основном из-за сочетания производства электроэнергии в этих местах.

Многие крупные интернет-компании, в том числе Google, Microsoft, Facebook и Amazon, заявляют, что их центры обработки данных используют возобновляемые источники энергии там, где они могут, или покупают ее где-то еще, чтобы компенсировать работу сайтов, где они не могут этого сделать. Это обязательство отрасли по сокращению углеродного следа от центров обработки данных стало ключевым фактором роста возобновляемых источников энергии. И теперь, когда от отрасли требуется достижение амбициозных целей по снижению выбросов, им придется делать больше. Некоторые предсказывают, что к 2030 году на коммуникационные технологии может приходиться до 23% глобальных выбросов углерода, если не произойдут изменения.

Итак, всегда ли повышение эффективности будет опережать наш растущий спрос? По мере того, как наша технология становится все более эффективной, возникает тенденция просто использовать дополнительные мощности для чего-то другого, а не накапливать сбережения.Внедрение домашнего оптоволоконного широкополосного доступа и 4G снизило затраты на электроэнергию для передачи большего количества данных в наши дома, но это позволило нам изобрести сервисы потокового видео, умные телевизоры UHD и телефоны с высоким разрешением для просмотра нашего контента.

Подобные эффекты «отскока» можно наблюдать в ситуациях, когда переход на цифровые технологии, по-видимому, обеспечивает выигрыш с точки зрения энергопотребления. Потоковая передача музыки и видео, как правило, более экологична, чем покупка физических копий на компакт-дисках и DVD-дисках. Смартфоны также меньше телевизора и используются не только для просмотра видео, но и для многих других задач, поэтому энергия на просмотр видео снизилась. Но изменения в телефонных технологиях также привели к изменениям в поведении пользователей. Теперь мы потребляем видео по-другому — вместо того, чтобы собираться вместе у телевизора, чтобы посмотреть программу, мы теперь смотрим по отдельности, приклеившись к своим личным экранам, поглощая «боксы», а это означает, что энергия, необходимая для потоковой передачи всех этих данных, возрастает. Аналогичным образом, можем ли мы действительно ожидать, что онлайн-видеозвонки полностью заменят полеты, или они просто укрепят связи между удаленными командами, что побудит их путешествовать еще больше?

По мере того, как мы внедряем другие новые технологии, такие как криптовалюты — цифровые валюты, использующие криптографию для защиты транзакций, — или алгоритмы машинного обучения, мы можем наблюдать и другие противоречивые сдвиги во влиянии нашего использования Интернета на окружающую среду.

Многие считают криптовалюты более безопасным и эффективным способом проведения финансовых транзакций. Но большинство из них полагаются на блокчейн, систему, которая проверяет транзакции, требуя от пользователей выделения огромных вычислительных мощностей с помощью алгоритмов «Proof of Work». По некоторым оценкам, криптовалюты, использующие Blockchain, несут ответственность за 22 миллиона тонн выбросов углекислого газа каждый год — примерно столько же, сколько Иордания. Трудно представить, как это можно сделать устойчивым.

Точно так же, когда мы обращаемся к широко распространенному искусственному интеллекту, чтобы найти решения наших проблем, алгоритмы, которые мы используем, растут в энергии, необходимой им для работы наших сервисов. Программист, писавший программное обеспечение в 1980-х, имел гораздо меньшую вычислительную мощность для работы, и поэтому должен был обеспечивать максимально эффективную работу своих алгоритмов в жестких пределах. Сегодня машинное обучение (PDF) расширяется для обработки все больших наборов данных, используя растущую пропускную способность Интернета и его облачных центров обработки данных.

Спрос на машинное обучение, вероятно, будет только расти, поскольку мы все больше и больше используем его в нашей повседневной жизни. И мы уже принимаем мощь ИИ как должное — в некоторых случаях до трети задач, использующих машинное обучение, останавливаются до их завершения, а это означает, что использованная ими энергия просто тратится впустую.

Если, как предсказывают некоторые, нынешний пандемический кризис приведет к постоянным изменениям в нашем образе жизни и работе, что означает, что мы будем проводить еще больше времени в Интернете, повышение энергоэффективности и увеличение срока службы продуктов заведут нас далеко не сразу. Число людей, подключающихся к Интернету, растет примерно на один миллион каждый день, в то время как количество способов использования Интернета будет увеличиваться так же быстро.

Настоящие вопросы, которые нам нужно задать: будут ли когда-нибудь ограничения и должны ли мы их навязывать?