Datacentra, pc's, VR en meer: alles over de energiehonger van de digitale wereld
De immer oprukkende informatietechnologie lijkt de energietransitie te ondermijnen. Nieuwe windmolenparken dienen hun energie af te staan aan nieuwe datacenters, zodat huishoudens goeddeels afhankelijk blijven van gascentrales.
Hoe speuren we in het heelal intelligent leven op? Al jarenlang zoeken radiotelescopen de hemel af naar signalen van buitenaards gebabbel. Natuurkundige Freeman Dyson meende dat zeer hoog ontwikkelde beschavingen hun aanwezigheid ook op een heel andere manier zouden kunnen verraden. De energiebehoefte van zulke beschavingen zou dermate hoog kunnen zijn, dat ze hun moederster op den duur volledig omhullen met zwevende zonnepanelen. Vanaf de aarde gezien zouden deze ‘Dysonbollen’ heel kenmerkend zichtbaar zijn in het infrarode spectrum, zo schreef hij in 1960.
Lees ook: Datacentra, een vloek of een zegen?
Ik heb die redenering altijd mal gevonden, want technologisch hoogontwikkelde beschavingen kunnen hun stroom ook betrekken uit kernfusie, een methode die veel minder grondstoffen vergt. Niettemin leggen de Dysonbollen een ongemakkelijke waarheid bloot: een technologische beschaving vreet almaar meer energie.
Een andere ongemakkelijke waarheid is dat dit in toenemende mate komt door computers. Hoeveel stroom alle datacenters, routers, pc’s en smartphones bij elkaar opslokken, is moeilijk te bepalen. Een getal dat rondgaat is 6,2 procent van alle geproduceerde elektriciteit, maar dat is gebaseerd op een oud onderzoek uit 2011. Hoe dan ook neemt volgens een rapport van afgelopen februari de energieconsumptie met ruim tien procent per jaar toe.
Het is niet dat pc’s steeds meer energie vereisen – integendeel. De loeiende grijze bakken met hun ratelende harde schijven zijn allang verleden tijd. Maar een moderne computer verstouwt wel veel, véél meer data. Op een gemiddelde harde schijf uit 1990 passen hooguit tien digitale foto’s uit 2023. Tegenwoordig slaan we per persoon duizenden van zulke foto’s op in de cloud. Dat is geen hypothetisch gebied tussen hemel en aarde, maar een lelijk gebouw zonder ramen dat ergens op een energieterrein het elektriciteitsnet leeg staat te trekken. Dezelfde cloud voorziet ons van een voortdurende stroom aan kattenfilmpjes en briljante televisieseries over ontspoorde scheikundeleraren en hun louche advocaten.
©Arjuna Kodisinghe - stock.adobe.com
Mooi klaar mee
Twee toepassingen die de potentie hebben het energieverbruik van informatietechnologie tot ongeziene hoogte op te jagen zijn virtuele werelden (VR) en kunstmatige intelligentie (AI). Zuckerbergs Metaverse mag dan mislukt zijn, maar de doorbraak van het VR-masker is aanstaande. Anders dan de Meta-baas dacht, zullen we VR niet gaan gebruiken om met collega’s te vergaderen maar om te gamen. In feite komt dat er op neer dat dat gebruikers elk moment een unieke, op de persoon toegesneden animatiefilm aangeboden krijgen. Onderling concurrerende aanbieders zullen die animaties steeds levensechter willen maken. Wat dat betekent voor het stroomverbruik van de chips die dit alles moeten uitrekenen laat zich raden. De huidige generatie grafische kaarten van Nvidia verbruiken tot wel 350 watt – tien keer zoveel als de M1-soc van Apple die een hele pc dient te besturen.
AI is eveneens een energieverslindend beest. Deze technologie is feitelijk gebaseerd op kansberekening en heel grote hoeveelheden data. De tegenwoordig enorm gehypete bot ChatGPT beschikt niet over menselijke intelligentie, maar berekent wat het meest logische vervolg is van het voorgaande stuk tekst. Hiervoor werd de AI gevoerd met miljoenen pagina’s tekst.
Microsoft, de feitelijke eigenaar van ChatGPT, denkt dat zoekmachines uit de mode zullen raken omdat mensen hun vragen voortaan zullen stellen aan een AI. Daar is het stroomnetwerk dan mooi klaar mee. Exacte cijfers over hoeveel energie de berekeningen van ChatGPT vereisen zijn er niet, maar vroege studies lijken uit te wijzen dat het niet gering is. Ook het trainen van een AI-systeem blijkt enorm veel stroom te vergen en schijnt te vergelijken te zijn met de ook al zeer energieverslindende cryptovaluta.
Grenzen in zicht
Kortom, nieuwe ontwikkelingen in informatietechnologie lijken de energietransitie te ondergraven. Nieuwe windmolenparken dienen hun energie af te staan aan nieuwe datacenters, zodat huishoudens goeddeels afhankelijk blijven van gascentrales. Minder streamen, bingewatchen en gamen willen we niet, dus het zuiniger maken van computers en de cloud lijkt de enige oplossing. Maar kan dat ook?
Deels wel. De Eindhovense hoogleraar Martijn Heck denkt dat datacenters zuiniger kunnen worden als alle componenten onderling gaan communiceren met licht in plaats van elektronen – een techniek die fotonica genoemd wordt. Het Californische bedrijf AyarLabs beweert een technologie in huis te hebben waarmee over afstanden van enkele millimeters tot wel twee kilometer bandbreedtes kunnen worden behaald die duizend keer hoger liggen dan die van traditionele elektrische verbindingen, bij een tien keer zo laag energieverbruik. Heck is ervan overtuigd dat in de toekomst zelfs de verschillende onderdelen van één en dezelfde chip met fotonica verbonden zullen worden.
Maar in de cores van de chips, de basiscomponenten waar de berekeningen plaatsvinden, is weinig ruimte voor verbetering. Nvidia-baas Jensen Huang verklaarde vorig jaar dat de Wet van Moore niet langer opgaat. “De wet van Moore is dood. Elk anderhalf jaar dubbele prestaties leveren voor dezelfde kosten of dezelfde prestaties voor de helft van de kosten, is compleet voorbij.”
Decennialang konden chips worden verbeterd door de componenten te verbeteren. Thermodynamisch gezien is een chip een kacheltje: alle elektriciteit die er doorheen stroomt verlaat de computer als warmte. Dit vormt een beperking, want boven een zekere temperatuur gaat de chip stuk. Kleinere componenten genereren minder warmte, en miniaturisering was dan ook altijd het mantra van de industrie. Dit stuk is geschreven op 14nanometer-technologie, maar inmiddels is 5 nanometer de norm. Dit jaar komen de eerste 3nanometer-chips op de markt. Maar veel kleiner gaat niet, omdat kwantumeffecten de boel dan overnemen. Computertechnologie is gebaseerd op het dresseren van elektronen. In heel kleine componenten kunnen die echter zomaar door barrières heen bewegen, met fatale gevolgen voor de stabiliteit van het systeem.
De grenzen van de miniaturisering van chips zijn daarom in zicht en het lijkt onvermijdelijk dat datacenters een steeds groter deel van de beschikbare energie zullen opeisen. De enige oplossing is dat we deze raamloze dozen gaan aansluiten op de groeiende netwerken van stadsverwarming. Dan zorgen alle VR-gamers en ChatGPT-gebruikers er straks in ieder geval voor dat we er warmpjes bijzitten.
Minder bingewatchen en gamen willen we niet, dus het zuiniger maken van computers en de cloud lijkt de enige oplossing. Maar kan dat ook?
-
©PXimport