Uchovávanie dát pre umelú inteligenciu zaťažuje klímu. Pomôcť by mohli magnetické disky

Firma Seagate, jeden z najdôležitejších výrobcov zariadení potrebných na ukladanie počítačových dát, vyjadrila na ostatnom taiwanskom veľtrhu Computex 2025 obavy z ekologickej stopy umelej inteligencie.

Vysoká energetická spotreba systémov umelej inteligencie je všeobecne známa. Okrem potreby vzácnych materiálov na výrobu komponentov k ekologickej záťaži prispieva energeticky a surovinovo náročná polovodičová výroba a aj obrovská požiadavka AI na ukladanie dát.

Aby umelá inteligencia dokázala poskytovať relevantné odpovede, musí sa učiť na čo najširšom rozsahu údajov. Historické dáta sa preto „nevyhadzujú“, čo v IT terminológii znamená nenávratné vymazanie, ale namiesto toho sa presúvajú do dlhodobých úložísk.

To vytvára neustály tlak na nákup nových médií, pretože opakovaná použiteľnosť tých existujúcich je limitovaná práve tým, že staré dáta ostávajú dostupné a neuvoľňujú priestor. Celý priemysel výroby pevných diskov na trh ročne dodá „len“ asi jeden až dva zetabajty úložného priestoru.

To síce zodpovedá zdanlivo obrovským triliardám znakov, teda dátovej kapacite vyjadriteľnej v stovkách miliárd kusov DVD, ale potreby umelej inteligencie siahajú ešte vyššie. Len tento rok pravdepodobne vytvoria celkovo až 181 zetabajtov dát.

Ukladanie dát sa výrazne líši uhlíkovou stopou

Seagate ukázal, že z pohľadu vyprodukovaného oxidu uhličitého existujú výrazné rozdiely medzi spôsobmi, akými ukladáme počítačové dáta.

Už základné porovnanie tvrdí, že polovodičový disk nazývaný SSD vyprodukuje skoro päť ton skleníkového plynu. Tradičnejší disk s rotačnými magnetickými platňami však tohto skleníkového plynu „v sebe“ obsahuje iba necelých 30 kilogramov.

Ešte väčší rozdiel sa ukáže, ak prepočítame množstvo vytvoreného skleníkového plynu na množstvo uložených dát počas celej doby životnosti. Pri SSD pripadá na jeden uskladnený terabajt asi 160 kilogramov oxidu uhličitého, kým rotačný disk na rovnaké množstvo uložených dát vyprodukuje menej ako jeden kilogram tohto plynu. Táto veľkosť dát zodpovedá biliónu bajtov, teda asi 230 médiám DVD.

Iný pohľad vznikne, ak do výpočtu pridáme dĺžku prevádzky príslušného druhu technológie. Ak zohľadníme tento faktor, tak polovodičový disk vyprodukuje ročne na jeden uložený terabajt 32 kilogramov oxidu uhličitého, kým rotačný disk len 0,2 kilogramu tohto plynu.

Správa špecifikuje aj údaje pre magnetické pásky. Toto médium patrilo medzi prvé, ktoré používali na ukladanie dát, domáce počítače v 80. rokoch intenzívne využívali magnetické kazety. Dnes pomocou neho vykonávajú hlavne dlhodobú archiváciu.

Z pohľadu uhlíkovej stopy je na rozhraní, jedno médium aj s mechanikou „vyprodukuje“ asi 48 kilogramov oxidu uhličitého, čo je výrazne menej ako pri SSD, ale stále o niečo viac ako rotačný disk. Z dlhodobého hľadiska „stojí“ jeden terabajt dát uložený na tomto médiu menej ako 0,6 kilogramu oxidu uhličitého ročne.      

Celá štatistika pritom berie do úvahy celkovú uhlíkovú stopu. Nepokrýva teda len materiálový a energetický vplyv výroby, do množstva oxidu uhličitého započítava aj energiu spotrebovanú počas prevádzky.

Enormné údaje pre polovodičový disk však reprezentujú hlavne vysoký ekologický vplyv samotnej výroby mikročipov, z ktorých sa takéto médium skladá. Polovodičová výroba je náročná na vzácne suroviny vyžadujúce extrémnu čistotu a celý proces produkcie čipov spotrebuje aj vysoké množstvo energie.

Dáta vieme uložiť do čipov  

Súčasným trendom sú jednoznačne polovodičové úložiská známe pod menom SSD, čo znamená disk vytvorený z „pevného stavu“. Ide o spopularizovaný termín v angličtine pre polovodiče (solid state). Tak ich začali nazývať v polovici minulého storočia, keď v elektronike prevŕšili vákuové elektrónky.

Niektoré vyzerajú ako tradičné disky, pripájajú sa cez rozhranie nazývané SATA a dokážu plne nahradiť ich predchodcov s rotačnými magnetickými platňami.

Pripojenie vyvinuté pre rotačné disky je však limitované svojou rýchlosťou. Za sekundu dokáže preniesť maximálne 600 megabajtov. Ak použije rozhranie NVMe, vytvorené špeciálne pre polovodičové disky, rýchlosť prenosu dát môže narásť aj desaťnásobne. Obmedzujú ju už len použité čipy a spôsob uloženia dát v nich.

Rýchlosť však prináša aj nevýhody. SSD sa zahrievajú, každá polovodičová súčiastka pracujúca na vysokej frekvencii vytvára škodlivé teplo schopné aj poškodiť uložené dáta.

Ďalšou nevýhodou je klesajúca životnosť, ktorú obmedzuje aj vysoký počet bitov, teda základných jednotiek informácie predstavujúcich logickú nulu alebo jednotku, uložených v jednej pamäťovej bunke.

Dnes najrozšírenejší spôsob nazvaný TLC vie do jednej bunky uložiť tri bity, používa sa však aj QLC, tam sa na jedno pamäťové miesto ukladajú až štyri.

Magnetizmus tiež skladuje údaje

V starších typoch diskov nazývaných rotačné, mechanické či magnetické sa dáta ukladajú do magnetického stavu vrstvy na otáčajúcom sa kotúči. Celý princíp pripomína gramofón - aj tu existuje pohybujúce sa „ramienko“. Jeho posun v spolupráci s otáčaním magnetického disku dokáže umiestniť takzvanú „hlavičku“ na príslušné miesto, kde sídlia konkrétne dáta. Hlavička ich potom dokáže zapísať či prečítať.

Výhodou tohto druhu diskov je hlavne vysoká úložná kapacita. Pri bežných SSD dosahuje stovky gigabajtov až jednotky terabajtov, kým rotačné disky dokážu uložiť až desiatky terabajtov dát.

Okrem relatívne nízkej rýchlosti takýchto diskov je hlavným problémom ich praktického využitia príliš pomalý prístup ku konkrétnym dátam. Na to je totiž nutné nastaviť otáčku kotúča aj ramienko do vhodnej polohy. Používajú ich preto primárne na ukladanie objemných informácií, ktoré nemusia byť k dispozícii okamžite.

Vzhľadom na komplexnú mechanickú výrobu rotačných diskov, aj prechod k SSD, počet ich výrobcov poklesol. Najväčšími výrobcami sú firmy Seagate a spoločnosť Western Digital. Významný je aj menší producent, japonská firma Hitachi.

Uhlíková stopa nie je len o autách

Publikovaná štúdia od Seagate prináša dôležitý pohľad na súčasný IT priemysel. Aj keď jedným z jej cieľov je určite upozorniť taktiež na rotačné pevné disky, ktoré tvoria dôležitý sortiment tejto firmy, zameriava sa tiež na ekologickú stránku spracovania dát. Špeciálne sa venuje trendovej umelej inteligencii.

Musíme si uvedomiť, že doprava nie je jediným producentom skleníkových plynov. Takisto ním nie sú iba poľnohospodárstvo či priemysel. Umelá inteligencia a jej požiadavky na stále vyššiu potrebu ukladania dát do „koláča“ skleníkových plynov prispievajú tiež.

Práve snaha o čo najrýchlejšie a najvýkonnejšie úložiská dát prináša negatívny trend v podobe zvyšujúcej sa uhlíkovej stopy. Netýka sa to pritom iba dátových centier, potreba práce s údajmi aj využívanie AI existuje aj v mobilných zariadeniach či prenosných počítačoch, kde z praktických dôvodov rotačné disky už skoro vymizli.