Dobbiamo parlare dell’impatto dell’IA sulla salute pubblica
La maggior parte delle persone ha sentito parlare dell’impatto ambientale dell’attuale boom dell’IA, derivante dagli immensi data center pieni di server avidi di energia. Negli Stati Uniti da soli, la domanda di IA è prevista per spingere il consumo di elettricità dei data center al 6,7-12,0 percento del totale nazionale entro il 2028. Per quella stessa data, il consumo di acqua per raffreddare queste strutture dei data center è previsto raddoppiare, se non addirittura quadruplicare, rispetto al livello del 2023.
Molte persone però non hanno fatto il collegamento tra i data center e la salute pubblica. Le centrali e i generatori di emergenza necessari per far funzionare i data center generano inquinanti atmosferici dannosi, come particolato fine e ossidi di azoto (NOx). Questi inquinanti hanno un impatto immediato sulla salute umana, scatenando sintomi di asma, attacchi cardiaci e persino declino cognitivo.
Ma il contributo dell’IA all’inquinamento atmosferico e al carico sulla salute pubblica spesso manca nelle conversazioni sulla progettazione responsabile dell’IA. Perché?
Perché l’inquinamento atmosferico ambientale è un “killer silenzioso”. Mentre le preoccupazioni sugli impatti sulla salute pubblica dei data center, compresi i potenziali legami con l’aumento dei tassi di cancro, stanno iniziando a emergere, la maggior parte degli sviluppatori, praticanti e utenti di modelli di IA semplicemente non sono consapevoli dei seri rischi per la salute legati all’energia e all’infrastruttura che alimentano i moderni sistemi di IA.
Il pericolo dell’inquinamento atmosferico ambientale
L’inquinamento atmosferico ambientale è responsabile di circa 4 milioni di morti premature in tutto il mondo ogni anno. Il principale colpevole sono le minuscole particelle di 2,5 micrometri o meno di diametro (indicate come PM 2.5), che possono penetrare profondamente nel tratto respiratorio e nei polmoni. Insieme all’ipertensione, al fumo e all’alto livello di zucchero nel sangue, l’inquinamento atmosferico è un fattore di rischio per la salute. La Banca Mondiale stima il costo globale dell’inquinamento atmosferico a 8,1 trilioni di dollari USA, equivalente al 6,1 percento del prodotto interno lordo globale.
Contrariamente alla credenza comune, gli inquinanti atmosferici non restano vicino alle loro fonti di emissione: possono viaggiare per centinaia di miglia. Inoltre, il PM 2.5 è considerato un inquinante “senza soglia”, il che significa che non esiste un livello sicuro di esposizione.
Con il pericolo di questo inquinamento ben stabilito, la domanda diventa: quanto è responsabile l’IA? Nella nostra ricerca come professori al Caltech e all’Università della California, Riverside, ci siamo posti l’obiettivo di rispondere a questa domanda.
Quantificare il costo per la salute pubblica dell’IA
Per garantire che i servizi di IA siano disponibili anche durante i black-out della rete, i data center si affidano a grandi insiemi di generatori di emergenza che di solito bruciano carburante diesel. Anche se il tempo totale di funzionamento dei generatori di emergenza è limitato e regolamentato dalle agenzie ambientali locali, i tassi di emissione sono elevati. Un tipico generatore diesel può rilasciare da 200 a 600 volte più NOx di una centrale elettrica a gas naturale che produce la stessa quantità di elettricità.
Un recente rapporto dello stato della Virginia ha rivelato che i generatori di emergenza dei data center della Virginia hanno emesso circa il 7 percento di quanto consentito nel 2023. Secondo lo strumento di modellizzazione COBRA dell’Agenzia per la Protezione dell’Ambiente degli Stati Uniti, il costo per la salute pubblica di quelle emissioni in Virginia è stimato a 150 milioni di dollari, influenzando comunità fino in Florida. Immaginate l’impatto se i data center raggiungessero il massimo delle emissioni consentite.
Ulteriormente aggravando il rischio per la salute pubblica, un grande insieme di generatori di data center in una regione può operare contemporaneamente durante interruzioni della rete o carenze di energia come parte di programmi di risposta alla domanda, potenzialmente innescando picchi a breve termine nelle emissioni di PM2.5 e NOx che sono particolarmente dannosi per le persone con problemi ai polmoni.
Successivamente, guardiamo oltre i generatori di emergenza all’approvvigionamento di energia dalla rete. La maggior parte dell’elettricità che alimenta i data center di IA proviene da centrali elettriche che bruciano combustibili fossili, che rilasciano inquinanti atmosferici dannosi, tra cui PM 2.5 e NOx. Nonostante anni di progressi, le centrali elettriche rimangono una delle principali fonti di inquinamento atmosferico negli Stati Uniti.
Abbiamo calcolato che addestrare un singolo grande modello generativo di IA negli Stati Uniti, come il Llama 3.1 di Meta, può produrre tanto PM 2.5 quanto più di 10.000 viaggi in auto tra Los Angeles e New York City.
Secondo la nostra ricerca, nel 2023, l’inquinamento atmosferico attribuibile ai data center degli Stati Uniti è stato responsabile di un costo stimato di 6 miliardi di dollari per la salute pubblica. Se il trend attuale di crescita dell’IA continua, si prevede che questo numero raggiungerà dai 10 ai 20 miliardi di dollari all’anno entro il 2030, avvicinandosi all’impatto delle emissioni dei 30 milioni di veicoli della California.
Perché il carbonio e l’efficienza energetica non raccontano tutta la storia
Fino ad oggi, gli sforzi per mitigare l’impronta ambientale dell’IA si sono concentrati principalmente sulle emissioni di carbonio e sull’efficienza energetica. Questi sforzi sono importanti, ma potrebbero non alleviare gli impatti sulla salute, che dipendono fortemente da dove avvengono le emissioni.
Il carbonio ovunque è carbonio ovunque. L’impatto climatico del biossido di carbonio è in gran parte lo stesso ovunque venga emesso. Ma l’impatto sulla salute dell’inquinamento atmosferico dipende fortemente da fattori regionali come le fonti locali di energia, i modelli del vento, il clima e la densità della popolazione.
Anche se le emissioni di carbonio e gli inquinanti atmosferici dannosi per la salute hanno alcune fonti comuni, un focus esclusivo sulla riduzione del carbonio non riduce necessariamente, e potrebbe addirittura aggravare, i rischi per la salute pubblica. Ad esempio, le nostre ultime (e non pubblicate) ricerche hanno dimostrato che ridistribuire i carichi energetici di Meta nel 2023 tra i suoi data center negli Stati Uniti per privilegiare le riduzioni del carbonio potrebbe potenzialmente abbassare le emissioni totali di carbonio del 7,2 percento, ma aumenterebbe i costi per la salute pubblica del 2,8 percento.
Allo stesso modo, concentrarsi esclusivamente sull’efficienza energetica può ridurre le emissioni di inquinanti atmosferici, ma non garantisce una diminuzione dell’impatto sulla salute. Questo perché addestrare lo stesso modello di IA utilizzando la stessa quantità di energia può produrre risultati sanitari molto diversi a seconda della posizione. Tra i data center degli Stati Uniti di Meta, abbiamo scoperto che il costo per la salute pubblica di addestrare lo stesso modello può variare di più di un fattore di 10.
Le soluzioni dal lato dell’offerta, come l’uso di combustibili alternativi per i generatori di emergenza e l’approvvigionamento di energia da fonti pulite, possono ridurre l’impatto sulla salute pubblica dell’IA, ma comportano sfide significative.
I generatori di emergenza puliti che offrono lo stesso livello di affidabilità del diesel sono ancora limitati. E nonostante i progressi nell’energia rinnovabile, i combustibili fossili rimangono profondamente radicati nel mix energetico. L’Amministrazione per l’Informazione sull’Energia degli Stati Uniti prevede che la generazione di elettricità a carbone nel 2050 rimarrà a circa il 30 percento del livello del 2024 nello scenario alternativo dell’elettricità, in cui le centrali elettriche continuano a operare secondo le norme esistenti prima di aprile 2024. A livello globale, la quota di carbone e altri combustibili fossili nella generazione di elettricità è rimasta quasi costante negli ultimi quattro decenni, sottolineando la difficoltà di cambiare completamente l’approvvigionamento energetico che alimenta i data center.
Riteniamo che le strategie dal lato della domanda che tengono conto delle variazioni spaziali e temporali degli impatti sulla salute possano fornire soluzioni efficaci e attuabili immediatamente. Queste strategie sono particolarmente adatte per i data center di IA con una notevole flessibilità operativa. Ad esempio, l’addestramento di IA può spesso essere eseguito in qualsiasi data center disponibile e di solito non ha scadenze rigide, quindi quei lavori possono essere instradati in posizioni o rimandati a tempi che hanno meno impatto sulla salute pubblica. Allo stesso modo, i lavori di inferenza, il lavoro che un modello fa per creare un output, possono essere instradati tra più data center senza influenzare l’esperienza dell’utente.
Incorporando l’impatto sulla salute pubblica come metrica chiave delle prestazioni, queste flessibilità possono essere sfruttate per ridurre il crescente carico sulla salute dell’IA. Crucialmente, questo approccio informato sulla salute all’IA richiede cambiamenti minimi ai sistemi esistenti. Le aziende devono semplicemente considerare i costi per la salute pubblica quando prendono decisioni.
Anche se il costo per la salute pubblica dell’IA sta crescendo rapidamente, l’IA offre anche un enorme potenziale per far avanzare la salute pubblica. Ad esempio, nel settore dell’energia, l’IA può navigare nello spazio decisionale complesso della distribuzione in tempo reale delle centrali elettriche. Allineando la stabilità della rete con gli obiettivi di salute pubblica, l’IA può contribuire a minimizzare i costi sanitari mantenendo un’offerta di energia affidabile.
L’IA sta diventando rapidamente un servizio pubblico e continuerà a plasmare profondamente la società. Pertanto, dobbiamo esaminare l’IA attraverso una lente pubblica, con il suo impatto sulla salute pubblica come considerazione critica. Se continuiamo a trascurarlo, il costo per la salute pubblica dell’IA aumenterà solo. Un’IA informata sulla salute offre un chiaro percorso per far avanzare l’IA promuovendo aria più pulita e comunità più sane.
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