É o fim da Lei de Moore?

 

A Agência Internacional de Energia calcula que, em 2022, os datacenters consumiram cerca de 460 terawatt-horas — representando 2% da demanda global de eletricidade. Até 2026, esse número deve chegar a 4%. E o que está movimentando esses gigawatt-horas todos? O treinamento e uso de modelos de Inteligência Artificial.

A revolução dos semicondutores Por muito tempo, a chamada Lei de Moore previa a duplicação da capacidade de processamento dos chips a cada dois anos. Para entender um pouco essa lógica, a ideia é que com a mesma área os chips entreguem mais armazenamento, mais processamento e tenham seu custo proporcionalmente mais barato. Não é à toa que os semicondutores (basicamente , o material que compõem os chips) são a terceira commodity mais negociada no mundo, atrás apenas de petróleo e dos carros.

Pois bem, acontece que essa lógica está sendo questionada pelo mercado de semicondutores por conta do desenvolvimento da IA. Alguns líderes da indústria como Jensen Huang, da Nvidia, e Pat Gelsinger, da Intel, divergem sobre se a Lei de Moore ainda é válida. Tem gente, inclusive, apontando que ela já deu seus últimos passos.

Isso porque, com o aumento da complexidade dos chips para inteligência artificial (IA), o mercado começa a trazer uma série de desafios. Dentre eles, a escala dos chips que já está próxima dos limites físicos e, por outro lado, processadores avançados consomem cada vez mais energia.

E o que nem todo mundo compreende é que esse aumento de energia é finito. Para se ter uma ideia, o consumo de eletricidade em data centers, em 2022, respondeu por quase 2% da demanda global. O aumento do consumo energético nos próximos anos é uma preocupação, pois a indústria precisa equilibrar desempenho com sustentabilidade.

Veja o tamanho de apenas um data center do Google…

Uma tendência no setor é a especialização de chips para tarefas específicas, em vez de usar uma tecnologia de propósito geral, como uma CPU. Essa mudança vai ser bastante impulsionada pelo aumento da demanda por desempenho em IA, o que requer hardware customizado.

O futuro pós-Lei de Moore

Além disso, grandes empresas de tecnologia como Apple, Amazon, e Google estão desenvolvendo seus próprios chips personalizados para maximizar a eficiência de seu software específico. Esse modelo, que combina controle de hardware e software, aponta para um futuro onde a inovação é guiada pela especialização.

Uma das empresas que vem se destacando nesse quesito é, justamente, a Nvidia. A companhia norte-americana desenvolveu uma plataforma de software chamada CUDA, que funciona em conjunto com esses chips especializados. Mas, isso não significa que a companhia vai nadar de braçada já que há outros competidores entrando nessa jogada. Dentre eles, a Cerebras Systems, startup que desenvolve chips concorrentes — e promete um IPO blockbuster.

O futuro pós-Lei de Moore pode ser marcado por uma dependência maior de otimizações em software e arquitetura, ao invés de avanços na miniaturização. Esse novo paradigma de inovação promete criar um ecossistema mais diversificado e competitivo, embora provavelmente exija um trabalho mais árduo e customizado para sustentar os ganhos de desempenho dos últimos 50 anos.

O Brasil ficando mais distante dos países que sediam empresas do conhecimento

Estatísticas oficias divulgadas nesta terça-feira, 23 de julho, informaram que o consumo total de eletricidade na Irlanda em 2023 foi de aproximadamente 37 TWh, (TeraWatts-hora). Lembrando, em 2022 foi de 35,4 TWh e em 2021 de 32,65 TWh. O Brasil consumiu praticamente o dobro desse valor, 69,4 TWh em 2023, um crescimento 3,7% em relação a 2022. Se olharmos para a população dos dois países, o primeiro tem apenas 5,1 milhões de habitantes contra os 214 milhões existentes no Brasil. 

Esse rápido crescimento na Irlanda é devido ao aumento do número de data centers e empresas de tecnologia que estão operando no país e foi impulsionado por sua política de baixa tributação corporativa. Um modelo bem diferente do Taxadad em implantação no Brasil e que está expulsando as empresas de nosso País.

Os data centers estão consumindo mais de um quinto da eletricidade do país, ultrapassando o total do consumo de todas as residências urbanas irlandesas.

De acordo com o Escritório Central de Estatísticas da Irlanda (CSO), os data centers consumiram 21 por cento de todo o consumo de eletricidade medido em 2023, acima dos cinco por cento em 2015 e 18 por cento em 2022. Pela primeira vez, isso excedeu o consumo de eletricidade em residências urbanas: 18 por cento em 2023, abaixo dos 19 por cento do ano anterior. As famílias rurais foram responsáveis ​​por 10 por cento.

Até 2028, os data centers devem consumir quase 30% da eletricidade da Irlanda, de acordo com o relatório da Agência Internacional de Energia publicado em janeiro. Gigantes da tecnologia como Google, Meta, Amazon e TikTok já operam alguns dos mais de 80 data centers na Irlanda, com várias expansões ou novas instalações em andamento.

Elon Musk: AI will run out of electricity and transformers in 2025

Em uma sessão de perguntas e respostas para encerrar a conferência Bosch Connected World (fev/2024), Elon Musk falou sobre carros autônomos e robôs humanóides, e sugeriu o que vem a seguir da Tesla em veículos elétricos – mas ele claramente queria enviar o mais claro possível sinal também para a indústria: avançar na geração de energia limpa e fabricar o maior número possível de transformadores elétricos. Elon Musk disse:

"I've never seen any technology advance faster than this." The chip shortage may be behind us, but AI and EVs are expanding at such a rapacious rate that the world will face supply crunches in electricity and transformers next year."

"The artificial intelligence compute coming online appears to be increasing by a factor of 10 every six months. Like, obviously that cannot continue at such a high rate forever, or it'll exceed the mass of the universe, but I've never seen anything like it. The chip rush is bigger than any gold rush that's ever existed."

"I think we really are on the edge of probably the biggest technology revolution that has ever existed. You know, there's supposedly a Chinese curse: 'May you live in interesting times.' Well, we live in the most interesting of times. For a while, it was making me a bit depressed, frankly. I was like, 'Well, will they take over? Will we be useless?' But the way I reconciled myself to this question was: Would I rather be alive to see the AI apocalypse or not? I'm like, I guess I'd like to see this. It's not gonna be boring.

"The constraints on AI compute are very predictable... A year ago, the shortage was chips; neural net chips. Then, it was very easy to predict that the next shortage will be voltage step-down transformers. You've got to feed the power to these things. If you've got 100-300 kilovolts coming out of a utility and it's got to step down all the way to six volts, that's a lot of stepping down. 

"My not-that-funny joke is that you need transformers to run transformers. You know, the AI is like... There's this thing called a transformer in AI... I don't know, it's a combination of sort of neural nets... Anyway, they're running out of transformers to run transformers. 

"Then, the next shortage will be electricity. They won't be able to find enough electricity to run all the chips. I think next year, you'll see they just can't find enough electricity to run all the chips.

"The simultaneous growth of electric cars and AI, both of which need electricity, both of which need voltage transformers – I think, is creating a tremendous demand for electrical equipment and for electrical power generation."

Corroboram as afirmações de Musk, informações anteriores, divulgadas em 2023, sobre o início do funcionamento do Frontier e as projeções de outros supercomputadores, cada vez mais rápidos e com um elevado consumo de energia elétrica em suas instalações. Vejam no resumo a seguir.

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Os supercomputadores mais rápidos do mundo - o que vem por aí? 

Os cientistas começaram a realizar experiências na Frontier, a primeira máquina exaescala oficial do mundo, enquanto instalações em todo o mundo constroem outras máquinas para se juntarem às fileiras.

O supercomputador acima chama-se Frontier. Ele ocupa o espaço de duas quadras de tênis no Laboratório Nacional de Oak Ridge, nas colinas do leste do Tennessee, onde foi inaugurado em maio de 2022, segundo informações divulgadas em setembro de 2023. Desde então, os cientistas têm-se preparado para fabricar mais computadores incrivelmente rápidos: várias dessas máquinas deverão entrar em funcionamento nos EUA e na Europa ainda em 2024.

Nos EUA, os pesquisadores estão instalando atualmente duas máquinas: Aurora, no Laboratório Nacional Argonne, em Illinois, e El Capitan, no Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia. A Europa planeia implantar o seu primeiro supercomputador em exaescala, Júpiter, no final de 2024.

O Frontier usa aproximadamente 50.000 processadores, em comparação com os 16 ou 24 dos notebooks  mais poderosos. Consome 20 milhões de watts/h, em comparação com os 65 watts/h, aproximadamente, de um notebook. Custou US$ 600 milhões para ser construído.

A fome por mais poder computacional não termina. O Oak Ridge já está considerando a próxima geração de computadores. Estes teriam três a cinco vezes o poder computacional do Frontier. Mas surge um grande desafio: o enorme consumo energético. A energia que o Frontier consome, mesmo quando está ociosa, é suficiente para abastecer milhares de casas.

À medida que Oak Ridge constrói supercomputadores cada vez maiores, os engenheiros trabalharam para melhorar a eficiência das máquinas com inovações, incluindo um novo método de resfriamento. O Summit, o antecessor do Frontier que ainda funciona em Oak Ridge, gasta cerca de 10% do seu uso total de energia para se resfriar. Em comparação, 3% a 4% do consumo de energia da Frontier é para refrigeração. Essa melhoria veio do uso de água em temperatura ambiente para resfriar o supercomputador, em vez de água gelada, afirmou o chefe do Laboratório.