L’IA, gourmande en énergie, nécessite une augmentation significative de la capacité énergétique, mais peut elle-même contribuer à la solution
L’intelligence artificielle (IA) entraîne une forte augmentation de la demande d’énergie. Les centres de données qui fournissent la capacité de calcul et de stockage nécessaire pour développer, former et déployer des modèles d’IA consommeront beaucoup plus d’énergie à mesure que les applications d’IA se généraliseront. Répondre à cette demande croissante d’énergie pose de nombreux défis. C’est pourquoi Sam Altman, PDG d’OpenAI, décrit l’énergie comme étant la « partie la plus difficile » pour répondre aux besoins de l’IA.
Les centres de données consommaient déjà de plus en plus d’énergie avant que l’intérêt pour les possibilités de l’IA générative n’explose. Entre 2012 et 2023, la demande d’énergie des centres de données a augmenté à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 14 %, bien supérieur à la croissance de 2,5 % de la demande totale d’électricité au cours de la même période. Aujourd’hui, l’IA va accroître encore plus fortement les besoins en énergie des centres de données. Lorsque les modèles d’IA sont en phase d’apprentissage, c’est-à-dire lorsqu’ils apprennent à faire des prédictions et à prendre des décisions sur la base des données qui leur ont été fournies, ils consomment six fois plus d’énergie que les ordinateurs dépourvus d’IA. Durant la « phase d’inférence », où les modèles d’IA formés tirent des conclusions sur la base de nouvelles données et requêtes, ils consomment encore deux à trois fois plus d’énergie que les charges de travail traditionnelles.
Augmentation importante des capacités nécessaires pour alimenter l’IA
Pour répondre à la demande croissante d’électricité des centres de données, la capacité mondiale de production et de distribution d’électricité doit être considérablement augmentée. Les plus grandes entreprises technologiques du monde dépensent des milliards de dollars pour ajouter une capacité de puissance critique afin d’améliorer leur capacité à former et à développer des modèles d’IA. Le cabinet d’études SemiAnalysis estime que la capacité de production d’énergie informatique critique - à savoir l’énergie totale disponible pour faire fonctionner les serveurs, les dispositifs de stockage et les équipements de réseau (en dehors des utilisations non informatiques telles que l’éclairage et le refroidissement) - dans les centres de données du monde entier passera de 49 000 mégawatts en 2023 à 96 000 mégawatts en 2026. (Voir figure 1.)
Cette augmentation de la capacité de production d’énergie critique représente un taux de croissance annuel moyen de 25 % au cours des trois prochaines années, ce qui est également beaucoup plus élevé que le taux de croissance annuel de 13 % entre 2014 et 2023. Les charges de travail liées à l’IA représenteront 85 % de cette croissance future. Comme le montre la figure 2, de nombreuses entreprises technologiques doubleront presque leur capacité
L’augmentation de la capacité mondiale proviendra non seulement des gains d’efficacité et de l’expansion des centres existants, mais aussi de la construction de nouveaux centres de données.
Consommation d’électricité durable
Les sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire joueront un rôle crucial pour répondre à la demande accrue d’énergie informatique tandis que les pays s’efforcent d’atteindre les objectifs de l’Accord de Paris en matière de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Les entreprises technologiques occidentales ont également leurs propres objectifs ambitieux en matière de réduction des émissions de carbone.
Google a pour objectif d’utiliser exclusivement de l’énergie sans carbone 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 d’ici 2030.
Amazon prévoit d’utiliser 100 % d’énergie renouvelable d’ici 2025. L’entreprise a également pour objectif de réduire ses émissions de carbone à zéro d’ici 2040. Meta (Facebook) a réduit ses émissions de gaz à effet de serre de 94 % depuis 2017. Elle y est parvenue principalement en alimentant ses centres de données et ses bureaux avec de l’énergie 100 % renouvelable. Microsoft a pour objectif de couvrir toute sa consommation d’électricité par l’achat d’énergie sans carbone d’ici à 2030. L’entreprise prévoit également d’éliminer d’ici 2050 tout le CO2 qu’elle a émis depuis sa création en 1975.
Apple utilise désormais de l’électricité 100 % renouvelable dans tous ses magasins, centres de données et bureaux à travers le monde. Environ 90 % de cette énergie provient de sources renouvelables créées par Apple elle-même. Pour ce faire, Apple a conclu des accords d’achat d’électricité à long terme avec un certain nombre de centrales d’énergie renouvelable, et a investi dans d’autres installations d’énergie renouvelable ou en est directement propriétaire.
La volatilité de l’énergie solaire et éolienne pose un problème
Les centres de données sont gourmands en énergie et fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Le vent et le soleil étant des sources d’énergie intermittentes, les centres de données ne peuvent pas être alimentés par les seules énergies renouvelables, même en utilisant la technologie des batteries pour stocker l’énergie produite.
L’hydroélectricité ou l’énergie nucléaire pourraient offrir une alternative à la dépendance aux combustibles fossiles. Mais l’hydroélectricité a des limites géographiques. Les centrales nucléaires posent d’autres problèmes, qu’il s’agisse du temps nécessaire à leur construction ou de l’opposition de l’opinion publique à leur égard. Actuellement, le gaz naturel est l’option la plus viable pour obtenir de l’énergie en complément des sources renouvelables, car il peut fournir de l’énergie à la demande et constitue une alternative beaucoup plus propre que les centrales électriques au charbon.
Multiples goulets d’étranglement pour la mise en place de capacités supplémentaires
L’augmentation de la capacité de production et de transmission d’électricité en temps voulu et la gestion de la stabilité des réseaux électriques de manière plus générale est un défi qui pourrait retarder l’expansion des centres de données et la diffusion des solutions basées sur l’IA. Plusieurs goulets d’étranglement supplémentaires sont apparus à cet égard.
Premièrement, l’expansion actuelle des centres de données a déjà un impact négatif sur les réseaux. Cette situation a conduit certains opérateurs de centres de données à suspendre les nouvelles expansions. En Irlande, où les centres de données utilisent actuellement 18 % de l’électricité produite dans le pays, aucun nouveau centre ne pourra être connecté au réseau avant 2028. Les Pays-Bas ont limité la construction de nouveaux centres à deux sites et Singapour a imposé un moratoire de quatre ans sur la construction de nouveaux centres de données.
Deuxièmement, l’adaptation des chaînes d’approvisionnement aux grandes ambitions des entreprises technologiques s’avère difficile. Il y a actuellement une pénurie des transformateurs qui ajustent la tension de l’électricité afin qu’elle puisse être transportée sur de longues distances et utilisée à des niveaux qui soient sûrs pour les centres de données.
Troisièmement, la production d’énergie renouvelable prend également plus de temps à se connecter au réseau en raison de l’augmentation des files d’attente pour les connexions au réseau. Les nouvelles centrales électriques nécessitent également de nouvelles lignes électriques pour transporter l’électricité de l’endroit où elle est produite à celui où elle est utilisée.
En réponse à ces défis, les entreprises technologiques recherchent des solutions alternatives. L’une des options consiste à acquérir sa propre source d’énergie, hors réseau. C’est exactement ce qu’a fait récemment Amazon en achetant un centre de données en Pennsylvanie qui tire son énergie d’une centrale nucléaire située à proximité.
L’IA peut aider à résoudre le problème
Il n’est peut-être pas surprenant que l’IA puisse contribuer à résoudre de nombreux problèmes liés à la fourniture de l’énergie accrue qu’elle nécessite. L’IA n’en étant qu’à ses débuts, il est trop tôt pour prédire exactement comment ce scénario va se dérouler. Il semble néanmoins très probable que l’IA permettra de découvrir des moyens de gérer et d'utiliser l’énergie de manière plus efficace et efficiente.