科技與永續的拉鋸戰：Alps超級電腦如何平衡科學突破與環境代價？
最近，瑞士正式啟動了一台名為Alps的超級電腦。其用途在於支援科學研究以及複雜的人工智慧系統。然而，儘管這類機器展現出緩和氣候變遷的潛力，卻也能造成污染並引發大量的能源消耗。因此，從永續發展的角度出發，人們該如何評估瑞士創造的這項技術飛躍？
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眾多研究強調了人工智慧在氣候議題上所呈現的益處。舉例來說，人工智慧可協助人們對複雜的氣候模型進行分析並對熱浪天氣作出預測。此外，透過使用人工智慧，我們將更有效地向普通家庭和工業基地輸送電力，從而推動向再生能源過渡的進程。然而，問題在於，人工智慧系統的開發和運作離不開巨量能源的支持，尤其需要透過消耗大量的電力和水資源方可完成。由此看來，人工智慧對環境帶來的負擔甚至可能會將它的好處抵銷殆盡。
根據國際能源總署(International Energy Agency, IEA)估算，截至2026年，人工智慧技術消耗的電力將增加十倍。在全球範圍內，人工智慧機器的電力需求量將達到奧地利或芬蘭這些國家年消耗量的水平，而這些電力通常來自化石燃料。
近期美國推動的上兆元基礎建設計畫。但美國電力設備老舊，未來十年將有全面汰換需求。為解決此問題，美國「電力大使」阿肯色州前州長麥克‧赫卡比(Mike Huckabee)訪台會見大同董事長王光祥商討合作事宜，未來將針對台美老舊電力設備汰換進行合作。加上台灣近期跳電事件頻傳，帶動整個台灣對因應電力需求增長的討論及關注。
根據U.S. Department of Energy的數據顯示，美國輸配電網路與變壓器有75%已使用25年以上，其實和台灣的情況相似，都迫切面臨老舊電力設備淘汰的危機，為此台電宣布實施強韌電網計畫，在計劃的10年內將投入總計5,645億元，做到降低電網集中風險、提升設備穩定程度及阻止停電事故擴散。
資料來源：理財周刊
眾所周知的是，生成式人工智慧工具可用於製作文字、圖像或音訊。開發出ChatGPT的OpenAI公司的執行長薩姆·奧爾特曼(Sam Altman)在去年的達沃斯世界經濟論壇上表示，為了支持這類人工智慧工具的應用和發展，一場「能源革命」勢在必行。伴隨著每月近40億次的訪問量，ChatGPT已消耗的能量相當於33,000個家庭的耗能。同時，該人工智慧也消耗了其資料中心所在的美國地區6%的水資源來冷卻伺服器。
同時，為了給包括ChatGPT等聊天機器人在內的大型語言模型(large language model, LLM)提供支持，瑞士聯邦理工學院(ETH)開發出了名為Alps的超級電腦。作為世界上最強大的超級電腦之一，Alps旨在為科學研究(尤其是在氣候和醫學領域)創建開源人工智慧系統。然而，我們的環境將為此付出怎樣的代價呢？
Alps超級電腦耗資1億瑞郎，約合人民幣8.28億元，年營運成本約3,700萬瑞郎。與其前身PizDiant相比，Alps的運算能力提高了整整20倍。這款超級電腦的開發目的在於為宇宙探測和氣候建模等科研項目提供助力。
為適應未來的科學研究需求，Alps的設計十分注重彈性，而瑞士國家超級運算中心為此超級電腦研發的客製化軟體介面則標誌著高效能運算(HPC)向雲端運算的轉型。在氣候領域中，Alps可透過精準的氣候模型為氣候變遷因應措施提供強而有力的科學依據。 為確保科學的完整性和數據品質，Alps的申請項目將由國際專家小組進行嚴格審查。同時，瑞士數位創新協會與瑞士國家超級運算中心正就Alps超級電腦商業使用權的可能性展開討論。
由水力發電驅動的超級計算機
目前，Alps在全球超級電腦Top500排名中排名第七。儘管如此，獨立研究員兼蘇黎世羅根永續發展中心(Roegen Centre for Sustainability)的創始人弗拉德·科羅馬(Vlad Coroama)卻表示，與美國的超級電腦相比，由瑞士開發的Alps對環境的影響相對有限。
根據科羅馬估計，配備了10,000個圖形處理單元(Graphics Processing Unit, GPU)的Alps超級電腦將平均消耗7兆瓦電力，佔瑞士全國總耗電量的0.09%，相當於該國10,000個家庭的用電需求。
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科羅馬表示：「作為超級電腦，Alps 的耗電需求可通過兩台風力渦輪機得以滿足。這一需求帶來的環境影響雖不容忽視，但鑒於我們的目標在於推動基礎性科學研究，這種影響自然也需要被合理化。」相比之下，世界上最強大的 El Capitan 超級電腦所耗費的電能高達 29 兆瓦，是 Alps 的四倍以上，且其能源來自不可再生資源。
作為美國國家核安局的第一台超大規模超級計算機，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的El Capitan預計在峰值性能下每秒能夠進行超過2百京次(10的18次方)的計算。
除核武庫管理外，El Capitan還將用於支援在複雜的高保真建模和模擬以及人工智慧和機器學習程式碼方面為國家提供競爭優勢的工作，這些工作可應用於國家安全、材料發現和慣性約束聚變等領域。
資料來源：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室網站
同時，為了滿足不斷增長的能源需求，亞馬遜、谷歌和微軟等大型私人科技公司正在對核能領域進行大力投資。去年10月，亞馬遜宣布簽署了三項核反應器開發協議。同期，Google與加州核能新創公司Kairos Power簽署了一項電力購買協議，而微軟與能源公司Constellation也達成了類似的購買協議並重啟了位於賓州三哩島核電廠的部分設備。
然而，在瑪麗亞·格拉齊亞·朱芙雷達(Maria Grazia Giuffreda)看來，「繼續在各地建造由核能驅動的計算中心是一件令人無法想像的事情」。目前，超級電腦Alps以及其它一些大型計算系統均被安置在該專家任職的瑞士國家超級計算中心(Swiss National Supercomputing Centre, CSCS)。身為該機構的副主任，朱芙雷達表示：「我們要做的是關注那些乾淨無污染的替代能源。」該專家同時強調，作為由公共資金資助的機構，CSCS已然採納了這項原則。
事實上，作為超級計算機，Alps所需的動力完全來自於水力發電。這意味著，它的二氧化碳直接排放量微乎其微。當美國的資料中心時常利用柴油發電機來應對緊急狀況時，CSCS使用的則是備用電池和緊急用水儲備。這類緊急措施可確保瑞士聯邦氣象及氣候局(MeteoSchweiz，即國家天氣預報平台) 等關鍵服務在超級電腦處於關機狀態時仍可持續20分鐘左右的自主運作。此外，伺服器冷卻用水也被CSCS循環利用，用於為盧加諾市供應熱水。
根據科羅馬估算，Alps超級電腦製造的二氧化碳排放量僅佔瑞士年排放量的0.013%。這位專家認為，該碳排量產生的影響幾乎可以忽略不計。
超級電腦：破壞環境還是造福社會？
微軟等科技巨頭正對「星際之門」(Stargate)等人工智慧超級電腦計畫進行巨額投資。光是2025年，這一領域的投資金額就已高達800億美元。作為微軟和OpenAI合作推出的資料中心專案第五階段的標誌性超級計算機，代號為「星際之門」的人工智慧配備了數百萬個專用伺服器晶片並將於2028年正式啟動。
據估計，巨型超級電腦「星際之門」將消耗高達5吉瓦的電力用於維持運作。這數值等同於5個核反應器的發電總量。
與之相反，瑞士的科學家們正打算借助Alps超級電腦來開發規模更小且專業度更高的人工智慧模型，而科羅馬也期待並鼓勵人們將未來的重心轉移到這類模型的發展上。與大型人工智慧相比，這類模型消耗的能量無疑相對較少。
儘管如此，人工智慧對環境的影響並不僅限於資料中心的能源消耗。對此，加州大學河濱分校(UCR)的工程系副教授任紹磊(Shaolei Ren)表示：「人工智慧資料中心已經對公共健康產生了重大影響。」根據《麻省理工科技評論》 (MIT Technology Review)報道，光是2023年，資料中心就製造了至少1.06億噸的二氧化碳排放，幾乎等同於美國國內商業航空業的排放量。此外，Meta於去年7月發布的Llama 3.1開源模型因訓練而產生的空氣污染相當於一萬多輛汽車同時在洛杉磯和紐約之間往返的排放量。
在最近一項尚未通過同行審查的研究中，任紹磊和他的同事們預估，截至2030年，美國需為人工智慧技術帶來的空氣污染支付高達200億美元的健康成本，等同於加州所有車輛造成的公共衛生負擔。由於空氣污染可誘發氣喘、肺癌以及心臟病等各類疾病，人們不得不慎重對待人工智慧在大眾健康方面顯現出的弊端。
永續的解決方案和社會效益
透過避免使用空氣污染元兇之一的柴油發電機，瑞士國家超級計算中心主動降低了上述風險。然而，任紹磊卻認為我們的未來依舊任重道遠，因為使用綠色能源和循環利用冷卻水並不能阻止超級電腦對我們的環境產生重大影響。
其中一大原因在於，超級電腦的運作需要巨量能源的支持，這將對當地的輸電網路造成壓力。其次，這些機器的冷卻系統也會因蒸發而導致水資源的流失。任紹磊將人工智慧的發展歷程和汽車工業進行了比較。與後者相似的是，人工智慧也將經歷一場從初期污染嚴重到後期高效的轉變。
「我們可以做得更好。」任紹磊的發言信心滿滿。此外，這位專家建議採取切實可行的措施，譬如將資料中心放置在再生能源和自然資源豐富的地區進行冷卻。寒冷的湖泊、河流、雪庫以及用於地熱冷卻的地下區域都可納入考慮範圍。任紹磊認為，北歐國家是實施此操作的理想地點。
在弗拉德·科羅馬看來，作為由瑞士研發的超級計算機，Alps的成功與否主要取決於它為社會創造的具體好處。
科羅馬表示：「對於大型科學和氣候模擬來說，超級電腦的作用至關重要。」該專家同時強調，與Alps超級電腦相比，ChatGPT或Google Gemini這類生成式人工智慧模型消耗的資源數量更為顯著，這無疑在一定程度上弱化了其產生的實際效益，因為“使用這些規模巨大且功能強悍的模型來完成電子郵件這類細枝末節的工作無異於一種能源的浪費。”
因此，在科羅馬看來，Alps超級電腦將扮演更重要的角色。這位專家總結道：「科學的進步雖然昂貴，但只要它能為整個社會帶來真正的價值，一切就都是值得的。
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(編輯：Sabrina Weiss)和Veronica De Vore，編譯自義大利文：Aikens jun/gj，繁體校對：盧品妤)
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