「エネルギー転換」は起こらない
2024年6月3日
FRONTNIEUWS
クラウド技術と人工知能における根本的な革新は、これまで以上にエネルギーを必要とし、エネルギー資源を削減するという幻想を消し去るだろう。
ラップトップ・クラスは、基本的な真実を再発見した。基本的な技術革新は、ひとたび広く採用されると、その後にエネルギー消費量が飛躍的に増大するということだ。これは宇宙の鉄則なのだ、とマーク・P・ミルズが書いている。
その法則を説明するために、最近の3つの例を考えてみよう。いずれも、今日のヘッドラインを賑わせている電力需要の急激な増加という「衝撃的な」発見につながるベクトルである。まず、電気自動車である。熱狂的なファンが望むように、すべてのガレージに1台ずつあれば、住宅地の電力需要はおよそ2倍になるだろう。次に、半導体を中心とした製造業の本国回帰である。これは間違いなく「根本的な革新」であり、政策立案者たちは数十年にわたる米国からの撤退を懸念している。米国の製造業を、たとえば20年前の世界市場シェアに回復させれば、産業用電力の需要は50％増加するだろう。
そして今、ソフトウェアの子孫たちは、機械学習アルゴリズムの避けられない数学から生まれたバーチャルリアリティと人工知能の両方が、あらゆるものがエネルギーを消費するという厳しい現実に支えられていることを発見しつつある。これは特に、AIを可能にする、電光石火の速さで電力を消費するチップに当てはまる。AIチップ革命のリーダーであり、ウォール街の寵児でもあるエヌビディアは、過去3年間だけでも約500万個の強力なAIチップを出荷している。AIチップ1個あたり、電気自動車3台分の電力を消費する計算になる。そして、電気自動車の需要は減少しており、最終的には限られているが、AIチップの需要は爆発的であり、基本的に無制限である。
ウォール・ストリート・ジャーナル紙の最近の見出しを見てほしい。「ビッグ・テックの最新の強迫観念は、十分なエネルギーを見つけること」である。そして、ロイター通信が報じているように、「米国の電力会社は新たな需要の潮流を予測している。米国の電力会社上位10社のうち9社が、データセンターが顧客増加の主要な要因であると述べている。」 現在の予測では、短期的な電力需要の伸びは近年の3倍になるという。成長の鉄則が再発見されたことで、5月21日に「米国における電力エネルギー需要の成長に伴う機会、リスク、課題」と題した上院の緊急公聴会が開かれた。(私が証言した公聴会である）。
クラウド革命の中心にある情報「発電所」であるデータセンターは、この爆発的なエネルギー需要の主な原因であると指摘されている。これらの倉庫規模の建物には、従来のプロセッサー、メモリーチップ、通信チップなど、あらゆる種類のコンピューターチップが詰め込まれている。そして今、データセンターは、工場が製造するのと同じくらいの速さで、AIチップをミックスに加えようとしている。ある研究者が指摘するように、グーグルの「検索」にAIを追加すると、検索1回あたりのエネルギー消費量が10倍になる。そして、これはAIの可能性のある多くの応用例のうち、おそらく最も重要でない最初のものに過ぎない。
Friends of the Earthのシニア・コントリビューターが最近言ったように、「私たちは、AIが情報のエコシステムを壊しているのを目の当たりにしている」。この骨折は、AIと子供の安全、深い偽物、新たな規制の脅威についてではない。世界の燃料供給方法における「エネルギー転換」の願望についてである。規制当局が電力会社に従来の発電所を閉鎖させ、風力発電や太陽光発電によるより高価で信頼性の低いエネルギーに資金を費やすよう強制しているのと同時に、電力需要、特に信頼性の高い24時間365日の電力需要が増加しているのは、控えめに言っても不快なことだ。AIの過渡的な願望とエネルギーの現実が対立していることが明らかになったのは、『ニューヨーカー』誌に最近掲載された「The obscene energy needs of A.I.（A.I.の猥雑なエネルギー需要）」と題するエッセイに反映されている。記事の副題は、「エネルギーを消費する新しい方法を発明し続けるなら、世界はどうやってネットゼロを達成できるのか？」と問いかけている。この疑問は自ずと答えが出る。
課題は、1年かそこら前に予測されたよりもはるかに多くの電力が必要とされていることだけでなく、必要なときに必要なだけ、しかも迅速に、安価に電力を供給しなければならないということだ。新しい工場や新しいデータセンターは急速にオンライン化され、数十年ではなく数年以内にさらに多くのものがオンライン化される。天然ガス火力発電所の増設ブームなしに、これからの電力需要のスピードと規模に対応する方法は多くない。
この一見突然のように見える電力事情の変化は、予測可能であり、予見されていた。ほぼちょうど25年前、私の長年の同僚であるピーター・フーバーと私は、エネルギーと情報の交差点における現実を指摘する記事をフォーブスとウォールストリート・ジャーナルの両方に発表した。(10年前、私はこのテーマに関する研究も発表し、今になって判明したことだが、データからの電力需要を正確に予測していた。私は最近、拙著『クラウド革命』でこのテーマをさらに発展させた) 当時、公共政策の場でこのような発言をしていたのはほとんど私たちだけだったが、情報のパワー・リアリティを長い間認識してきたテック・コミュニティでは、私たちだけではなかった。テック・コミュニティでは、データセンターの規模を平方メートルではなくメガワットで語るのが一般的でさえある。
ハイテク業界やハイテク中心の投資コミュニティでは、AIを組み込んだ新しいインフラに何十億ドルも費やそうと、まさに競争が繰り広げられている。AIに対応したシリコンチップを生産するための製造業の拡大と、AIを組み込んだ巨大なデータセンターの建設が猛烈なペースで進んでおり、デジタル経済によって経済成長とエネルギー消費の増加が切り離されるという幻想が打ち砕かれつつある。
わずか2年前、OESD（「エネルギー転換」ビジョンの最前線に立つ組織）の分析はこう結論づけた： 「デジタルトランスフォーメーションは、より包括的で持続可能な成長と、より大きな社会的福利の恩恵を引き出すための手段として、ますます認識されるようになっている。環境問題の文脈では、デジタル化は、経済活動を天然資源の使用や環境への影響から切り離すのに役立つ。電力と情報の物理学は、この願望を台無しにしてしまったようだ。
今、政策立案者と投資家にとって重要なのは、現在の状況がバブルなのか、それとももっと根本的な変化のシグナルなのかということだ。情報が消費するパワーはどの程度増えるのだろうか？デジタル経済は経済成長に不可欠であり、情報の優位性は経済にとっても軍隊にとっても重要であるというのが、今や常識となっている。しかし、情報中心の経済の中心には、デジタル・ハードウェアの生産と使用があり、必然的にその両方がエネルギーに影響を及ぼす。
将来がどうなるかを知るには、今日の「クラウド」の秘密に深く潜る必要がある。クラウドとは、データセンター、ハードウェア、通信システムの集合体を指す緩やかな用語である。
各データセンターは、エンパイアステートビルの大きさの高層ビルよりも大きなエネルギーを必要とすることが多い。そして、約1,000のいわゆるハイパースケールデータセンターは、それぞれが製鉄所よりも多くのエネルギーを消費している（AIチップの積み重ねによる影響はカウントしていない）。驚異的なエネルギー消費は、今日のデータセンターのわずか10平方メートルが、1980年ごろの世界中のすべてのコンピューターよりも計算能力が高いという事実から直接来ている。そして、1平方メートルが必要とする電力は、超高層ビルの1平方メートルの100倍である。AI革命以前でさえ、世界は毎年数千万平方メートルのデータセンターを増設していた。
シリコンの馬力はすべて情報ハイウェイで市場に接続され、そのネットワーク規模はアスファルトやコンクリートのアナログをはるかに凌駕している。通信ハードウェアの宇宙は、約30億マイルのガラスケーブルで構成される「高速道路」に沿ってバイトを輸送するだけでなく、400万本の送電塔によって鍛えられた1000億マイル（太陽までの距離の1000倍）に相当する目に見えないリンクにも沿ってバイトを輸送する。
情報伝送の物理学は、驚くべき事実に反映されている。1時間のビデオを可能にするために使用されるエネルギーは、1人が10マイルのバス移動で消費する燃料の量よりも大きいのだ。誰かが車で移動する代わりにZoomを使うと、エネルギー消費が正味で減る（「脱物質化」という表現）一方で、そうでなければ行われることのなかった会議に出席するためにZoomが使われると、エネルギー消費が正味で増える。AIに関して言えば、未来がもたらすもののほとんどは、そうでなければ決して行われることのなかった活動である。
つまり、クラウドが必要とするエネルギーの性質は、他の多くのインフラ、特に輸送とは大きく異なるのだ。交通機関では、消費者はガソリンを入れたりバッテリーを充電したりする際に、エネルギーの90パーセントがどこで消費されているかを目にすることができる。しかし、情報に関しては、エネルギー消費の90％以上が遠隔地で行われ、公益事業者が 「全体的な影響を発見するまで 」隠されている。
今日の世界的なクラウドは、AIのエネルギー需要をまだ十分に吸収していないが、数十年前には存在しなかったものが、日本の2倍の消費量にまで成長している。しかもこの試算は、数年前のハードウェアとトラフィックの状態に基づいている。一部のアナリストは、デジタル・トラフィックが近年劇的に増加している一方で、効率化によってデータセンターのエネルギー消費量の伸びは鈍化、あるいは横ばいになっていると主張している。しかし、このような主張は、実際の傾向と正反対である。2016年以降、ハードウェアと建物に対するデータセンターの支出は劇的に増加し、そのハードウェアのエネルギー密度も大幅に上昇している。
クラウドのエネルギー要件の将来を推測するには、2つのことを知る必要がある。第1に、デジタル・ハードウェア全般、特にAIチップの効率が向上する速度、第2に、データそのものの需要が増加する速度である。
現代のコンピューティングと通信の過去100年を見ると、データの需要はエンジニアが効率を向上させるよりもはるかに速く成長していることがわかる。この傾向が変わる兆しはない。実際、現在の情報システムのエネルギー消費は、コンピューターのエネルギー効率が驚くほど向上した結果である。1984年頃のコンピューターのエネルギー効率では、iPhone1台が超高層ビル1棟分のエネルギーを消費していた。もしそうなら、今日スマートフォンは存在しない。その代わり、何十億台ものスマートフォンが存在している。同じパターンが、AIを含むシリコン業界全体に当てはまる。AI用チップの効率は光速で向上している。Nvidiaの最新チップは、同じ消費電力で30倍高速だ。これはエネルギーの節約ではなく、このようなチップの市場需要を少なくとも100倍加速させるだろう。情報システムとはそういうものだ。そして、AIチップの継続的かつ劇的な効率向上は、AIの消費電力急増に関する業界関係者によるあらゆる予測の前提に組み込まれている。
しかしこのことは、AIを可能にする「燃料」であるデータに対して、実際にどれだけの需要があるのかという根本的な問題を提起している。私たちは、まだ作成され、保存され、そして有用な製品やサービスに洗練されていないデータの種類と規模の両方において、前例のない拡大を目前にしている。現実には、情報は無限の資源である。
もし、私たちがデジタル全般において、ある種の神格化に到達したかのように感じるとしたら、真実は違う。経済資源としてのデータは、人類が文字通りデータを創造するため、自然の類似物とは異なる。そして、その資源を生み出す技術的手段は、規模と精度を増している。美辞麗句の誇張が現実を控えめにするのは、稀なことである。
データ生成の大爆発は、あらゆる種類のハードウェアとシステムの自動化が進むことによって強化された、私たちの建築環境と自然環境の両方の操作と活動を観察し、測定する性質と能力から生まれるだろう。自動化には、膨大なデータストリームを必然的に生成するセンサー、ソフトウェア、制御システムが必要である。例えば、自律走行車が登場するはるか以前から、「コネクテッド」カーは、関連するすべての機能と安全システムとともに、すでに膨大なデータストリームを生成している。
同様に、私たちは、私たち自身の身体を含む自然環境のあらゆる特徴を感知し、測定する能力において、急激な進歩を目の当たりにしている。科学者たちは現在、天文学そのものだけでなく、生物学的な世界でも天文学的な規模で情報を収集している。
すべてのトレンドはいずれ飽和状態になる。しかし、人類はまだ情報のピークには程遠い。実際、情報は唯一の無限の資源なのだ。
将来のデータトラフィックの規模、ひいてはエネルギーへの影響を推測する一つの方法は、データの量を表すために私たちが作らなければならなかった数字の名前にある。食料と鉱物の生産量は数百万トン、人とそのデバイスは数十億台、大気と高速道路の使用量は数兆キロメートル、電力と天然ガスは数兆キロワット時または数立方フィート、経済は数兆ドルである。しかし、何でも1年に1兆個というペースでは、1個の「ゼッタ」を作るのに10億年かかる。
膨大な量を表すために作られた数字の接頭辞は、技術の進歩や社会のニーズに沿っている。「キロ」という接頭辞は1795年にさかのぼる。「メガ 」という接頭辞は1873年に1000キロを表すために作られた。10億（1,000万）を表す接頭辞「ギガ」と、1兆（1,000億）を表す接頭辞「テラ」は、いずれも1960年に使用された。1975年には 「ペタ」（1,000ギガ）と 「エクサ」（1,000ペタ）、1991年には 「ゼッタ」（1,000エクサ）という接頭辞が正式に誕生した。現在のクラウド・トラフィックは年間約50ゼタバイトと推定されている。
この数字を脈絡なく視覚化することは不可能だ。ゼッタバイトのドル紙幣は、地球から太陽（9,300万マイルの距離）まで往復すると、70万倍になる。地球の大気を構成するすべての分子の重さは、ゼッタ・スタック約5個分である。各バイトが運ぶエネルギーは微々たるものだとしても、ゼタバイト・スケールの膨大な処理量だけでも、かなりのエネルギー消費になる。
つい1年前まで、ゼッタより大きな数を表す正式な接頭辞の名前は、1000倍の「ヨッタ」しかなかった。AIによって加速されるデータの拡大ペースを考えると、私たちは間もなくヨッタバイト時代に突入することになる。パリの国際度量衡局の官僚たちは、さらに大きな数字に正式に名前をつけた。1000ヨタバイト？それはロナバイトだ。子供たちはそんな数字を使うだろう。
このような驚異的な量のデータが処理され、移動するようになれば、エンジニアが必然的に行うであろうエネルギー効率の向上を圧倒することになるだろう。すでに世界中で、エネルギーを大量に消費するクラウドの拡大に毎年費やされている金額は、世界中の電力会社がより多くの電力を生産するために費やしている金額の合計を上回っている。
アンドリーセン・ホロウィッツの「テクノ・オプティミスト宣言」は、「エネルギーは文明の基本的なエンジンである。エネルギーが増えれば増えるほど、人々が増え、すべての人の生活が向上する。クラウド中心でAIを導入した21世紀のインフラは、この基本的な点を物語っている。世界は、考え得るあらゆる形態のエネルギー生産を必要とするだろう。「エネルギー転換」はエネルギー供給を制限するだけであり、そんなことは起こらない。朗報は、米国には必要なエネルギーを供給する技術的能力と資源があるということだ。唯一の問題は、諺にもある「上記のすべて」のエネルギー解決策を可能にする政治的意志があるかどうかである。