Notre amour du cloud rend impossible un avenir énergétique vert

Un nombre épique de citoyens utilisent la vidéoconférence pour travailler en ces temps de verrouillage. Mais comme ils échangent un trajet au gaz pour une connectivité numérique, leur consommation d’énergie personnelle pour chaque deux heures de vidéo est supérieure à la part de carburant qu’ils auraient consommée lors d’un trajet en train de quatre milles. Ajoutez à cela, des millions d’élèves «conduisant» en classe sur Internet au lieu de marcher.

Pendant ce temps, dans d’autres coins de l’univers numérique, les scientifiques déploient furieusement des algorithmes pour accélérer la recherche. Pourtant, la phase d’apprentissage des modèles pour une seule application d’intelligence artificielle peut consommer plus d’énergie de calcul que 10 000 voitures en une journée.

Cette grande «expérience» de changement d’utilisation de l’énergie dans la société est visible, au moins indirectement, dans un ensemble de faits de haut niveau. Au cours de la première semaine d’avril, la consommation d’essence aux États-Unis s’était effondrée de 30%, mais la demande électrique globale avait diminué de moins de 7%. Cette dynamique indique en fait une tendance sous-jacente pour l’avenir. Alors que la consommation de carburant pour les transports finira par rebondir, la croissance économique réelle est liée à notre avenir numérique alimenté en électricité.

La crise du COVID-19 montre à quel point Internet 2020 est beaucoup plus sophistiqué et robuste que ce qui existait aussi récemment qu’en 2008, lorsque l’économie s’est effondrée pour la dernière fois, il y a un « siècle ». Si un verrouillage national avait eu lieu à l’époque, la plupart des dizaines de millions de personnes qui télétravaillaient maintenant auraient rejoint les près de 20 millions qui ont été licenciés. Il n’aurait pas non plus été aussi pratique pour les universités et les écoles que des dizaines de millions d’étudiants apprennent à domicile.

Les analystes ont largement documenté des augmentations massives du trafic Internet provenant de toutes sortes d’activités à domicile. Les mesures de trafic numérique ont augmenté pour tout, de l’épicerie en ligne aux jeux vidéo et au streaming de films. Jusqu’à présent, le système a tout géré avec compétence, et le cloud a été disponible en permanence, moins le hoquet occasionnel.

Le rôle du cloud pendant la crise COVID-19 ne se limite pas à la téléconférence et au chat vidéo en un clic. La télémédecine a enfin été déclenchée. Et nous avons vu, par exemple, des applications émerger rapidement pour aider à l’auto-évaluation des symptômes et des outils d’intelligence artificielle mis en œuvre pour améliorer les diagnostics par rayons X et pour faciliter le suivi des contacts. Le nuage a également permis aux chercheurs de créer rapidement des «lacs de données» d’informations cliniques pour alimenter les capacités astronomiques des superordinateurs d’aujourd’hui déployés dans le domaine de la thérapeutique et des vaccins.

L’avenir de l’IA et du cloud nous apportera beaucoup plus de ce qui précède, ainsi que des diagnostics à domicile pratiques et une télémédecine basée sur la RV utile, sans parler des essais cliniques hyper accélérés pour de nouvelles thérapies. Et cela ne dit rien sur ce que le cloud permettra encore dans les 80% de l’économie qui ne font pas partie des soins de santé.

Malgré toute l’excitation que ces nouvelles capacités nous offrent, le socle derrière tout ce cloud computing restera cohérent – et en constante augmentation – la demande d’énergie. Loin d’économiser de l’énergie, notre futur lieu de travail basé sur l’IA utilise plus d’énergie que jamais, un défi que l’industrie technologique doit rapidement évaluer et prendre en compte dans les années à venir.

La nouvelle infrastructure d’information

Le cloud est une infrastructure vitale. Cela va et devrait remodeler de nombreuses priorités. Il y a seulement quelques mois, les titans de la technologie se donnaient un coup de coude pour annoncer des promesses de réduction de la consommation d’énergie et de promotion de l’énergie «verte» pour leurs opérations. Sans aucun doute, ces questions resteront importantes. Mais la fiabilité et la résilience – en bref, la disponibilité – deviendront désormais la priorité absolue.

Comme Fatih Birol, directeur exécutif de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) a rappelé le mois dernier à sa circonscription, dans un euphémisme diplomatique, l’avenir du vent et de l’énergie solaire: «Aujourd’hui, nous assistons à une société qui dépend encore plus du numérique technologie « qui » souligne la nécessité pour les décideurs politiques d’évaluer soigneusement la disponibilité potentielle des ressources de flexibilité dans des conditions extrêmes.  » En cette période de crise économique qui suivra la crise du COVID-19, le prix que la société doit payer pour garantir la «disponibilité» importera beaucoup plus.

Il est toujours prohibitif de fournir grande fiabilité l’électricité avec les technologies solaires et éoliennes. Ceux qui prétendent que l’énergie solaire / éolienne sont à la «parité du réseau» ne regardent pas la réalité. Les données montrent que les coûts globaux des kilowattheures du réseau sont environ 200 à 300 pour cent plus élevés en Europe où la part de l’énergie éolienne / solaire est beaucoup plus élevée qu’aux États-Unis. Il convient de noter que les gros utilisateurs d’électricité industriels, y compris les entreprises de technologie, en général profitez de remises importantes par rapport à la moyenne du réseau, ce qui laisse les consommateurs accablés par des coûts plus élevés.

En termes un peu simplistes: cela signifie que les consommateurs paient plus pour alimenter leurs maisons, de sorte que les grandes entreprises technologiques peuvent payer moins pour l’électricité afin de garder les smartphones allumés avec des données. (Nous verrons à quel point les citoyens tolèrent cette asymétrie dans le climat d’après-crise.)

Beaucoup de ces réalités sont, en fait, cachées par le fait que la dynamique énergétique du nuage est l’inverse de celle du transport personnel. Pour ces derniers, les consommateurs voient littéralement où 90% de l’énergie est dépensée lors du remplissage du réservoir d’essence de leur voiture. Quand il s’agit d’un smartphone «connecté», 99% des dépendances énergétiques sont distantes et cachées dans l’infrastructure tentaculaire mais largement invisible du cloud.

Pour les non-initiés, les moteurs numériques voraces qui alimentent le cloud sont situés dans des milliers de centres de données à l’échelle de l’entrepôt, indéfinissables, où des milliers de racks de machines au silicium de la taille d’un réfrigérateur alimentent nos applications et où les volumes explosifs de données sont stockés. Même de nombreux connaisseurs numériques sont surpris d’apprendre que chaque un tel rack brûle plus d’électricité chaque année que 50 Teslas. En plus de cela, ces centres de données sont connectés aux marchés avec encore plus de matériel consommant de l’énergie qui propulse des octets le long d’environ un milliard de kilomètres d’autoroutes d’informations composées de câbles en verre et de 4 millions de tours de cellules forgeant un système d’autoroute virtuel invisible encore plus vaste.

Ainsi, l’infrastructure mondiale de l’information – en comptant toutes ses caractéristiques depuis les réseaux et les centres de données jusqu’aux processus de fabrication étonnamment énergivores – est passée d’un système inexistant il y a plusieurs décennies à un système qui utilise maintenant environ 2000 térawattheures d’électricité par an. . C’est plus de 100 fois plus d’électricité que les cinq millions de voitures électriques du monde utilisent chaque année.

En termes individuels: cela signifie que le pro rata, l’électricité moyenne utilisée par chaque smartphone est supérieure à l’énergie annuelle utilisée par un réfrigérateur domestique typique. Et toutes ces estimations sont basées sur la situation d’il y a quelques années.

Un avenir plus numérique consommera inévitablement plus d’énergie

Certains analystes affirment maintenant que, même si le trafic numérique a explosé ces dernières années, les gains d’efficacité ont désormais atténué, voire aplati, la croissance de l’utilisation de l’énergie centrée sur les données. Ces allégations sont confrontées à des tendances factuelles récentes contraires. Depuis 2016, il y a eu une accélération spectaculaire des dépenses des centres de données pour le matériel et les bâtiments, ainsi qu’un énorme bond dans la densité de puissance de ce matériel.

Que la croissance de la demande d’énergie numérique ait ralenti ou non ces dernières années, l’expansion du cloud est beaucoup plus rapide. L’augmentation proportionnelle de la demande d’énergie dans le cloud dépendra en grande partie de la vitesse à laquelle l’utilisation des données augmentera, et en particulier de l’utilisation du cloud. Toute augmentation importante de la demande d’énergie rendra beaucoup plus difficiles les défis techniques et économiques liés à la métrique opérationnelle centrale du cloud: toujours disponible.

Plus de pieds carrés de centres de données ont été construits au cours des cinq dernières années que pendant toute la décennie précédente. Il existe même une nouvelle catégorie de centres de données «hyperscale»: des bâtiments remplis de silicium dont chacun couvre plus d’un million de pieds carrés. Considérez-les en termes immobiliers comme l’équivalent de l’aube des gratte-ciel il y a un siècle. Mais alors qu’il y a moins de 50 bâtiments hyper-hauts de la taille de l’Empire State Building dans le monde aujourd’hui, il existe déjà quelque 500 centres de données hyperscale à travers la planète. Et ces derniers ont un appétit énergétique collectif supérieur à 6 000 gratte-ciel.

Nous n’avons pas à deviner ce qui stimule la croissance du trafic cloud. Les principaux moteurs en tête de liste sont l’IA, davantage de vidéo et surtout la réalité virtuelle à forte intensité de données, ainsi que l’expansion des micro-centres de données en «périphérie» des réseaux.

Jusqu’à récemment, la plupart des nouvelles sur l’IA se concentraient sur son potentiel en tant que destructeur d’emplois. La vérité est que l’IA est la dernière d’une longue lignée d’outils favorisant la productivité qui reproduiront ce que la croissance de la productivité a toujours fait au cours de l’histoire: créer une croissance nette de l’emploi et plus de richesse pour plus de personnes. Nous aurons besoin de beaucoup plus des deux pour la récupération du COVID-19. Mais c’est une histoire pour une autre fois. Pour l’instant, il est déjà clair que l’IA a un rôle à jouer dans tout, de l’analyse de la santé personnelle et de l’administration de médicaments à la recherche médicale et à la recherche d’emploi. Les chances sont que l’IA sera finalement considérée comme un «bien» net.

En termes d’énergie cependant, l’IA est l’utilisation de silicium la plus gourmande en données et la plus consommatrice d’énergie jamais créée – et le monde veut utiliser des milliards de ces puces AI. En général, la puissance de calcul consacrée à l’apprentissage automatique double tous les mois, une sorte d’hyper version de la loi de Moore. L’année dernière, Facebook, par exemple, a souligné que l’IA était l’une des principales raisons pour lesquelles la consommation d’énergie de son centre de données doublait chaque année.

Dans un avenir proche, nous devrions également nous attendre à ce que, après des semaines de verrouillage connaissant les lacunes de la visioconférence sur de petits écrans planaires, les consommateurs soient prêts pour l’ère de la vidéo basée sur la réalité virtuelle. La VR implique jusqu’à 1000 fois plus de densité d’image et augmentera le trafic de données d’environ 20 fois. Malgré les ajustements et les démarrages, la technologie est prête et la prochaine vague de réseaux 5G à grande vitesse a la capacité de gérer tous ces pixels supplémentaires. Il faut cependant le répéter: puisque tous les bits sont des électrons, cela signifie que plus de réalité virtuelle conduit à plus de demandes de puissance que ne le prévoient les prévisions actuelles.

Ajoutez à tout cela la tendance récente de construire des micro-centres de données plus près des clients sur le «bord». La vitesse de la lumière est trop lente pour fournir une intelligence basée sur l’IA des centres de données distants aux applications en temps réel telles que la VR pour les conférences et les jeux, les véhicules autonomes, la fabrication automatisée ou les infrastructures physiques «intelligentes», y compris les hôpitaux intelligents et les systèmes de diagnostic. (L’intensité numérique et énergétique des soins de santé est elle-même déjà élevée et en augmentation: un pied carré d’hôpital utilise déjà environ cinq fois plus d’énergie qu’un pied carré dans d’autres bâtiments commerciaux.)

On prévoit maintenant que les centres de données Edge ajouteront 100 000 MW de puissance électrique avant la fin d’une décennie. Pour la perspective, c’est bien plus que la capacité électrique de l’ensemble du réseau électrique californien. Encore une fois, rien de tout cela ne figurait sur la feuille de route d’un prévisionniste de l’énergie ces dernières années.

Les priorités de l’énergie numérique vont-elles changer?

Ce qui nous amène à une question connexe: les sociétés de cloud computing à l’ère post-coronavirus continueront-elles de concentrer leurs dépenses sur les indulgences énergétiques ou sur la disponibilité? Par indulgences, je veux dire les investissements des entreprises dans la production éolienne / solaire ailleurs (y compris à l’étranger) que pour alimenter directement sa propre installation. Ces investissements à distance sont «crédités» à une installation locale pour prétendre qu’elle est alimentée en énergie verte, même si elle n’alimente pas réellement l’installation.

Rien n’empêche une entreprise en quête d’écologie de se déconnecter physiquement du réseau conventionnel et de construire sa propre production éolienne / solaire locale – sauf que pour le faire et assurer 24/7 disponibilité entraînerait une augmentation d’environ 400% des coûts d’électricité de cette installation.

Dans l’état actuel des perspectives des indulgences achetées, il est utile de savoir que l’infrastructure mondiale de l’information consomme déjà plus d’électricité que n’en produisent tous les parcs solaires et éoliens du monde réunis. Ainsi, il n’y a pas assez d’énergie éolienne / solaire sur la planète pour que les entreprises technologiques – et encore moins quiconque – achètent en tant que «crédits» pour compenser toute utilisation d’énergie numérique.

La poignée de chercheurs qui étudient les tendances de l’énergie numérique s’attendent à ce que la consommation de carburant dans les nuages ​​augmente d’au moins 300% au cours de la prochaine décennie, et c’était avant notre pandémie mondiale. Parallèlement, l’Agence internationale de l’énergie prévoit un «simple» doublement de l’électricité renouvelable mondiale au cours de cette période. Cette prévision a également été faite dans l’économie pré-coronavirus. L’AIE craint maintenant que la récession ne vienne enthousiasmer les finances publiques pour des plans verts coûteux.

Quels que soient les enjeux et les débats autour des technologies utilisées pour produire de l’électricité, la priorité des opérateurs de l’infrastructure de l’information se déplacera de plus en plus, et nécessairement, vers son disponibilité. En effet, le cloud devient rapidement encore plus inextricablement lié à notre santé économique, ainsi qu’à notre santé mentale et physique.

Tout cela devrait nous rendre optimistes quant à ce qui se passe de l’autre côté de la reprise après la pandémie et la fermeture sans précédent de notre économie. Nous remercions Microsoft, dans son manifeste énergétique d’avant COVID 19, d’avoir observé que «les progrès de la prospérité humaine… sont inextricablement liés à l’utilisation de l’énergie». Notre infrastructure du 21e siècle centrée sur le cloud ne sera pas différente. Et cela se révélera être une bonne chose.



Traduit de l’anglais de https://techcrunch.com/2020/04/25/our-love-of-the-cloud-is-making-a-green-energy-future-impossible/

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