当下，人工智能（AI）技术的飞速发展正深刻改变着各行各业，然而，其日益增长的能源消耗问题也引发了全球范围内的广泛关注。特别是随着大型数据中心的持续扩张以及部分地区燃煤发电比重的上升，AI的“环境足迹”似乎正变得越来越沉重。公众对AI技术在便利生活的同时，可能带来的环境负担表示担忧。
要准确评估AI能耗，需要深入了解其运行细节，例如硬件使用频率、AI查询服务占比等，这些数据往往只掌握在运营大型数据中心的企业手中。因此，学术界虽然能对单一AI模型的功耗进行测试，却难以将其推演至真实世界的复杂应用场景。在这样的背景下，谷歌近期发布的一份关于AI环境影响的分析报告，为我们提供了一个难得的窗口，得以一窥AI大规模应用下的能耗实情。这份报告揭示了一个令人振奋的趋势：谷歌的AI查询能耗在短短一年内降低了33倍。
AI能耗测量的复杂性与谷歌的透明实践
评估AI能耗是一项复杂的系统工程，需要全面考量多个维度的因素。传统能耗分析通常包含处理请求时CPU、AI加速器等计算单元的直接能耗，以及支撑这些计算所需的内存、存储、冷却系统等的间接能耗。更进一步，硬件制造与数据中心建设过程中产生的能源消耗，乃至AI模型训练阶段所消耗的巨量能源，都应被纳入考量范畴。过去的许多研究受限于数据可及性，往往只能选择性地忽略某些因素，例如处理器生产的碳排放或特定任务所需的具体处理器数量。
谷歌在此次分析中展现了高度的透明度和数据整合能力。它不仅能够追踪每次请求中CPU、专用AI加速器及内存的能耗（包括活跃和空闲状态），还能监测整个数据中心的能耗与水资源消耗，并精准估算其中服务AI查询的部分。此外，谷歌还将其电力供应相关的碳排放，以及硬件生产过程中的碳足迹（涵盖了通常被称为Scope 2和Scope 3排放的范畴）纳入了考量。
然而，本次分析也主动排除了几个关键因素。首先是网络传输能耗，其差异性极大，难以标准化。其次是终端用户硬件的计算负载，这同样因设备（如游戏PC与智能手机）而异。值得注意的是，谷歌并未在其当前估算中计入AI模型训练阶段的能耗，尽管它完全有能力估算出训练成本、模型生命周期及其处理的请求数量。尽管如此，谷歌通过跟踪24小时内的请求及其服务硬件、闲置时间，并识别每日中位数提示词，来计算每次请求的平均环境影响。
显著的能效提升：33倍背后的技术洞察
基于上述严谨的测量方法，谷歌估算得出，单一文本请求所产生的环境影响已变得相当微小。据其报告，Gemini应用中位数文本提示的能耗约为0.24瓦时，碳排放量约0.03克二氧化碳当量，耗水量约0.26毫升（约五滴水）。为了更直观地理解，这一能耗大致相当于观看9秒电视的水平。
尽管单个查询的影响看似不大，但考虑到AI查询的巨大总量——谷歌已将AI操作整合到每一次搜索请求中，这无疑带来了前所未有的计算需求——累积起来的成本仍然相当可观。不过，好消息是，得益于一系列技术和策略的优化，当前的能耗状况已远好于一年前。
数据中心内部环境一览，显示了其复杂的运行基础设施。
能效提升的关键驱动因素
谷歌能实现如此显著的能效飞跃，主要归功于以下几个方面的协同努力：
- 可再生能源整合: 随着美国及全球太阳能发电等可再生能源的蓬勃发展，谷歌更容易获得绿色电力供应。这使得每单位能耗的碳排放量在过去一年中降低了1.4倍，为整体环境效益贡献良多。
- 软件层面的深度优化: 这是实现33倍能耗降低的核心动力。谷歌采取了多项创新策略：
- 混合专家（Mixture-of-Experts）架构: 这种方法能够识别并仅激活AI模型中处理特定请求所需的部分，从而将计算需求降低10到100倍，显著减少了不必要的资源消耗。
- 轻量化模型版本: 谷歌开发了其主模型的多个紧凑版本，进一步减轻了计算负载，使其在保持性能的同时更为高效。
- 高效数据中心管理: 通过精细化管理，谷歌确保任何活跃的硬件都能得到充分利用，同时允许其余设备保持在低功耗状态，最大化整体运营效率。
- 硬件与软件的协同设计: 谷歌自主设计了定制化的AI加速器，并围绕这些加速器优化软件架构。这种软硬件一体化的设计策略，使其能够实现极致的协同效应。考虑到AI加速器在查询总能耗中占据超过一半的比例，这种深度优化显得尤为关键。此外，谷歌在运营高效数据中心方面的长期经验，也为AI能效的提升奠定了坚实基础。
AI请求的能耗构成图，显示了AI加速器占据了主要能耗份额，其次是CPU和RAM。
这些综合性措施的成果是显著的：谷歌估算，单个典型文本查询的能耗在过去一年中降低了33倍。这种效率提升也带来了连锁反应，例如硬件的碳排放成本会被稀释，因为同一硬件在其有效生命周期内能够处理更多的查询。
对行业与未来的深远影响
谷歌本可以将其研究成果仅作为一次公关活动，但其选择详细公布研究方法和考量因素，使之更接近于一篇学术出版物。这表明谷歌不仅关注自身的能效提升，更希望引领整个行业采纳类似的全面衡量框架。报告呼吁，随着AI能力不断进步，其环境效率也应同步提升，以确保技术发展与可持续发展目标相契合。
这种透明度和呼吁行业协作的态度，无疑为AI产业的未来发展树立了一个重要标杆。它强调了在追求技术创新和商业成功的同时，企业肩负的社会责任和环境保护义务。未来，我们期待更多科技巨头能效仿谷歌，公开其AI能耗数据与优化实践，共同推动绿色AI和可持续计算的进程。这将是实现AI技术广泛而负责任应用的关键一步，确保AI成为推动社会进步而非增加环境负担的力量。
