¿Es la Inteligencia Artificial sustentable?

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El 30 de noviembre de 2022 la startup OpenAI puso a disposición del público ChatGPT, un modelo de lenguaje de Inteligencia Artificial avanzado. Esto constituyó un hito y a la vez una revolución iniciada con la creciente ola de las Redes Sociales en la primera década del 2000. En un principio, consiguió alcanzar más de 1 millón de usuarios en cinco días.


Nacía así una primera generación de sistemas basados en la Inteligencia Artificial. Comenzaron a extenderse a la creación de imágenes por texto y a un sinnúmero de aplicaciones y servicios. Hoy en día, ChatGPT compite con otros chatbots como Claude de Anthropic, LlaMa 2 de meta o Bard de Google.


De aquel primer millón de usuarios, hasta agosto de 2023, ChatGPT tenía 100 millones de usuarios activos, y recibía más de 10 millones de consultas al día. Pero, ¿Te has preguntado todo lo que se requiere para mantener en funcionamiento una plataforma de esta naturaleza? ¿Has reflexionado sobre la cantidad de recursos que consume? ¿Es la Inteligencia Artificial sustentable, tal como la conocemos hoy? Vamos a conocer de manera general todo lo que requieren estos chatbots para ser creados, para funcionar, lo que esto implica y las perspectivas de esta tecnología de cara al futuro.

Definición y reseña histórica del desarrollo de la Inteligencia Artificial

La Inteligencia Artificial (IA) es un campo de la informática que se enfoca en la creación de sistemas que pueden realizar tareas que requieren inteligencia humana, como el aprendizaje, la percepción, el razonamiento y la toma de decisiones. El término “Inteligencia Artificial” fue acuñado por John McCarthy en 1956.


Desde entonces, la IA ha experimentado un rápido crecimiento y ha alcanzado varios hitos importantes:


• En 1959, Arthur Samuel desarrolló un programa de ajedrez que podía aprender de sus propios errores y mejorar su juego con el tiempo.


• En 1961, James Slagle desarrolló un programa que podía resolver problemas de álgebra lineal.


• En 1967, el programa Dendral fue capaz de identificar la estructura molecular de compuestos químicos desconocidos.


• En 1979, el programa MYCIN fue capaz de diagnosticar enfermedades infecciosas con una precisión similar a la de los médicos humanos.


• En 1997, el programa Deep Blue de IBM derrotó al campeón mundial de ajedrez Garry Kasparov.


• En 2011, el programa Watson de IBM derrotó a los mejores jugadores humanos en el concurso de televisión Jeopardy.


Durante el período de 1979 a 1997, la IA experimentó un período de estancamiento conocido como “invierno de la IA”. Este período se caracterizó por una disminución en la financiación y el interés público en la IA, debido en parte a la falta de avances significativos en este campo, y a la incapacidad de los sistemas de IA para cumplir con las expectativas planteadas. Además, algunos de los sistemas de IA desarrollados durante este período eran muy costosos y requerían una gran cantidad de recursos computacionales, lo que limitaba su accesibilidad y utilidad.


Sin embargo, a partir de la década de 1990, la IA experimentó un renacimiento gracias a los avances en el aprendizaje automático y la minería de datos, así como a la disponibilidad de grandes cantidades de datos y recursos computacionales. Desde entonces, la IA ha experimentado un rápido crecimiento.

Requisitos de infraestructura para los sistemas basados en Inteligencia Artificial

HARDWARE


Los requisitos de infraestructura son muy variados, y dependen del tipo de sistema que se esté desarrollando. En general, los sistemas de IA requieren de una gran cantidad de recursos computacionales, como procesadores de alta velocidad, memoria RAM y almacenamiento de datos. Entre ellos tenemos:


• Unidades de procesamiento central (CPU): Las CPU son los chips más comunes en los sistemas de IA y se utilizan para realizar cálculos generales. Las CPU actuales suelen poseer múltiples núcleos y pueden manejar múltiples tareas simultáneamente.


• Unidades de procesamiento de gráficos (GPU): Las GPU son chips especializados que se utilizan para acelerar el procesamiento de gráficos y cálculos matemáticos intensivos. Las GPU son particularmente adecuadas para cargas de trabajo de IA y Machine Learning (ML), ya que pueden manejar grandes cantidades de datos y realizar cálculos complejos rápidamente.


• Matrices de puertas programables en campo (FPGA): Los FPGA son chips programables que se pueden reconfigurar para realizar tareas específicas. Los FPGA son particularmente útiles para aplicaciones de IA y ML que requieren una gran cantidad de cálculos paralelos.


• Circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC): Los ASIC son chips diseñados específicamente para realizar una tarea o conjunto de tareas específicas. Los ASIC son particularmente útiles para aplicaciones de IA y ML que requieren una gran cantidad de cálculos especializados.


SOFTWARE


Adicional a lo anteriormente descrito, se necesitan herramientas de software especializadas para el desarrollo y entrenamiento de modelos de IA, como bibliotecas de aprendizaje automático y marcos de trabajo de IA. Los lenguajes de programación más utilizados en el desarrollo de la Inteligencia Artificial (IA) son: Python, C++, R, Java, Scala, Julia, MOHO y Ceceo.


• Python es el lenguaje de programación más popular para la IA debido a su facilidad de uso, sintaxis simple y una amplia variedad de bibliotecas de IA disponibles, como TensorFlow, Keras, PyTorch, Scikit-learn y Pandas.


• C++ es otro lenguaje popular para la IA debido a su rendimiento y eficiencia, y se utiliza a menudo para el desarrollo de bibliotecas de IA y sistemas de IA de alto rendimiento.


• R es un lenguaje especializado para la analítica y se utiliza a menudo para el análisis estadístico y la visualización de datos.


• Java es un lenguaje versátil y escalable que se utiliza a menudo para el desarrollo de aplicaciones empresariales y sistemas de IA de gran escala.


• Scala es un lenguaje de programación funcional que se utiliza a menudo para el desarrollo de sistemas de IA distribuidos.


• Julia es un lenguaje de programación de alto rendimiento que se utiliza a menudo para el desarrollo de sistemas de IA que requieren esta característica.


• MOHO y Ceceo son lenguajes de programación de IA que se utilizan a menudo para el desarrollo de sistemas de IA de aprendizaje profundo.


Por otro lado, los frameworks y librerías de IA más populares son: TensorFlow, Keras, PyTorch, Scikit-learn, Pandas, Theano, Caffe, Torch, MXNet y H2O. Estos frameworks y librerías proporcionan herramientas para el desarrollo y entrenamiento de modelos de IA, como redes neuronales, árboles de decisión y algoritmos de aprendizaje automático.


TALENTO HUMANO


El desarrollo de la IA requiere un grupo de expertos con grandes capacidades y conocimientos. Éstos provienen de una amplia variedad de disciplinas, como la informática, la estadística, las matemáticas, la psicología, la filosofía, la neurociencia y la lingüística. Cada grupo de expertos aporta una perspectiva única al desarrollo de la IA y desempeña un papel importante en el avance del campo.


• Los expertos en informática son responsables del desarrollo de algoritmos y sistemas de IA, así como de la creación de herramientas de software especializadas para el desarrollo y entrenamiento de modelos de IA.


• Los expertos en estadística y matemáticas son responsables del desarrollo de modelos matemáticos y estadísticos utilizados en la IA, como redes neuronales y árboles de decisión.


• Los expertos en psicología y neurociencia aportan conocimientos sobre el funcionamiento del cerebro humano y la cognición, lo que puede ayudar a mejorar los modelos de IA.


• Los expertos en filosofía y ética aportan conocimientos sobre los problemas éticos y sociales relacionados con la IA, como la privacidad, la seguridad y la equidad.


• Los expertos en lingüística aportan conocimientos sobre el procesamiento del lenguaje natural, lo que es fundamental para el desarrollo de sistemas de IA basados en esto.

Recursos o insumos requeridos y su impacto ambiental según el incremento de la demanda

El impacto ambiental variará según el incremento de la demanda. El aumento en la demanda de energía eléctrica y de agua puede tener un impacto negativo en el medio ambiente, ya que puede aumentar la emisión de gases de efecto invernadero y la contaminación del agua.


Un ejemplo lo podemos ver en la generación de calor en los equipos durante su funcionamiento. Esto requiere proveer a la plataforma de mecanismos de enfriamiento. Por lo tanto, se consumen grandes cantidades de agua dulce, lo que puede ocasionar un agotamiento acelerado de los recursos ambientales.


Según estimaciones, los centros de datos de Google consumieron 12.700 millones de litros de agua dulce para su refrigeración en 2021, mientras que el centro de formación de Microsoft GPT-3 utilizó alrededor de 700.000 litros de agua dulce. Estas son las conclusiones obtenidas en algunos estudios realizados sobre el tema:


• Según un artículo de la UNESCO, la IA puede tener efectos tanto positivos como negativos en el medio ambiente. Por un lado, la IA mejora la eficiencia y la productividad en sectores como la salud y la ciencia climática. Por el contrario, ciertos sistemas de IA consumen una cantidad sustancial de energía y amplifican industrias que ya dañan el medio ambiente, lo que plantea dilemas éticos y ambientales.


• Un artículo de Milenio menciona que se necesita una gran cantidad de materiales para fabricar los dispositivos electrónicos que soportan la infraestructura digital necesaria para la IA, lo que genera una mayor demanda y escasez de metales preciosos y tierras raras. Además, el entrenamiento de los modelos de IA requiere una gran cantidad de energía, lo que puede tener un impacto significativo en el medio ambiente.


• El informe “Consideraciones energéticas y políticas para el aprendizaje profundo en PNL” del Instituto Universitario Tecnológico de Massachusets, recomienda realizar un esfuerzo concertado por parte de la industria y la academia para promover la investigación de algoritmos computacionalmente más eficientes y hardware que requiera menos energía. Proporcionar APIs fáciles de usar que implementen alternativas más eficientes constituye otra vía adicional a través de la cual los desarrolladores de software de aprendizaje automático podrían ayudar a reducir la energía asociada con el ajuste de modelos.

Costos de la plataforma y el retorno de la inversión

Trasladar costos a los usuarios puede tener implicaciones significativas en términos de accesibilidad y equidad. Si los costos son demasiado altos, puede limitar el acceso a la tecnología de IA a aquellos que no pueden pagarla, lo que puede perpetuar la brecha digital. En cuanto al retorno de la inversión, esto depende del tipo de sistema de IA que se esté desarrollando y de su finalidad.


Sobre la optimización de recursos para el modelo OpenAI, el vicepresidente de Azure de Microsoft, Eric Boyd, dijo que "Todavía hay preguntas abiertas sobre si un modelo tan grande y complejo podría implementarse de manera rentable a escala para satisfacer las necesidades comerciales del mundo real".


El riesgo de que los costos superen los ingresos y la financiación de la empresa, sobre todo debido a la estructura de beneficios limitada de la empresa, es real. Si los inversionistas llegan a percibir la baja probabilidad de obtener beneficios limitados, podría disminuir su interés en financiar la empresa.

Posibles alternativas para la disminución del consumo de los recursos ambientales requeridos

Se pueden considerar varias opciones para la disminución del consumo de los recursos ambientales requeridos. En primer lugar, se pueden utilizar fuentes de energía renovable, como la energía solar y eólica, para reducir la huella de carbono de los sistemas de IA.


De igual forma, se pueden utilizar técnicas de optimización de recursos, como la compresión de modelos, la reducción de la precisión de los datos y el desarrollo de “Algoritmos Verdes”, para reducir el consumo de energía y memoria.


La compresión de modelos es un conjunto de técnicas que tienen como objetivo reducir la huella de memoria y los requisitos computacionales de los modelos de la IA. Estas técnicas se pueden clasificar en términos generales en dos categorías: poda de modelos y cuantización de modelos.


• La poda de modelos implica la eliminación de conexiones neuronales redundantes o poco importantes en una red neuronal, lo que reduce el tamaño del modelo y mejora su eficiencia.


• La cuantización de modelos, por otra parte, implica la reducción de la precisión de los datos utilizados en un modelo, lo que reduce la cantidad de memoria y energía necesaria para almacenar y procesar los datos.


Entonces, al reducir la huella de memoria y los requisitos computacionales de los modelos de IA, se puede reducir la cantidad de energía y recursos necesarios para entrenar y ejecutar los modelos. Además, la compresión de modelos también puede mejorar la eficiencia y el rendimiento de los modelos de IA, lo que puede tener un impacto positivo en la accesibilidad y la utilidad de la tecnología de IA.


La reducción de la precisión de los datos es una técnica que se utiliza para reducir la cantidad de bits necesarios para representar los datos utilizados en un modelo de IA. Esta técnica se utiliza a menudo en sistemas de IA que requieren una gran cantidad de memoria y energía para almacenar y procesar datos, como los sistemas de IA de procesamiento de imágenes y video.


Esta técnica reduce la cantidad de memoria y energía necesaria para almacenar y procesar los datos. Por ejemplo, si se utiliza una precisión de 16 bits en lugar de una precisión de 32 bits para representar un número, se puede reducir a la mitad la cantidad de memoria necesaria para almacenar el número.


La reducción de la precisión de los datos es otra de las posibles alternativas para la disminución del consumo de los recursos ambientales requeridos por los sistemas de IA. Al reducir la cantidad de memoria y energía necesaria para almacenar y procesar los datos utilizados en los modelos de IA, se puede reducir la cantidad de energía y recursos necesarios para entrenar y ejecutar los modelos.


Por su parte, los “Algoritmos Verdes” constituyen otra técnica que se puede utilizar para reducir la cantidad de energía y recursos necesarios para el desarrollo de la Inteligencia Artificial (IA). Estos algoritmos se diseñan con el objetivo de utilizar una IA más inclusiva y respetuosa con el planeta. El diseño de estos algoritmos, además de una necesidad medioambiental, ya es considerado un requisito para el cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible pautados por la Agenda 2030.


Los “Algoritmos Verdes” buscan conseguir una IA menos contaminante, capaz de reducir la huella de carbono mediante el uso de algoritmos que consuman menos energía y sean más eficientes. Para conseguir algoritmos verdes se necesita un compromiso medioambiental y mayores recursos económicos. Esto es algo que no todos los laboratorios o centros tecnológicos pueden asumir. Para tener modelos eficientes se necesitan muchos experimentos, y eso lleva un coste energético y económico que no todo el mundo se puede permitir.


En España, el Plan Nacional de Algoritmos Verdes establece un conjunto de buenas prácticas voluntarias para la certificación de empresas de servicios de hardware y software sostenibles. El plan también establece estándares y herramientas para medir el consumo energético de los algoritmos, con el fin de concienciar a los desarrolladores de IA sobre el impacto ambiental de sus decisiones.


Las buenas prácticas voluntarias para la certificación de empresas de servicios de hardware y software sostenibles incluyen, entre otras, las siguientes:


• Eficiencia energética: Las empresas pueden mejorar la eficiencia energética de sus sistemas de IA mediante el uso de hardware y software más eficientes, así como mediante la implementación de técnicas de optimización de energía, como la compresión de modelos y la reducción de la precisión de los datos.


• Uso de energías renovables: Las empresas pueden reducir su huella de carbono mediante el uso de fuentes de energía renovable, como la energía solar y eólica, para alimentar sus sistemas de IA.


• Reciclaje y reutilización: Las empresas pueden reducir su impacto ambiental mediante el reciclaje y la reutilización de componentes de hardware y software.


• Diseño sostenible: Las empresas pueden diseñar sus sistemas de IA de manera que sean más sostenibles, por ejemplo, mediante el uso de materiales reciclados y la reducción del tamaño y peso de los dispositivos.


• Transparencia y responsabilidad: Las empresas pueden mejorar la transparencia y la responsabilidad de sus sistemas de IA mediante la implementación de prácticas de gobernanza de datos y la adopción de estándares éticos y de privacidad.


Referencias:


https://portal.mineco.gob.es/es-es/comunicacion/Paginas/algoritmos-verdes.aspx


https://revista.aenor.com/340/las-9-certificaciones-para-la-transformacion-digital.html

https://www.lamoncloa.gob.es/serviciosdeprensa/notasprensa/asuntos-economicos/Paginas/2021/151021-algoritmos-verdes.aspx


https://dataladder.com/es/que-es-la-exactitud-de-los-datos-por-que-es-importante-y-como-pueden-las-empresas-asegurarse-de-tener-datos-exactos/


https://ts2.space/es/ia-y-compresion-de-modelos/


https://www.cryptopolitan.com/es/es-el-impacto-ambiental/


https://www.milenio.com/opinion/varios-autores/ciencia-tecnologia/el-impacto-ambiental-de-la-ia-y-la-computacion-del-futuro


https://digital-strategy.ec.europa.eu/es/policies/expert-group-ai


https://research.aimultiple.com/ai-chip-makers/


https://research.contrary.com/reports/openai


https://www.algotive.ai/es-mx/blog/historia-de-la-inteligencia-artificial-el-machine-learning-y-el-deep-learning


https://miinteligenciaartificial.com/historia-de-la-inteligencia-artificial/


https://www.sostenibilidad.com/desarrollo-sostenible/la-alianza-entre-inteligencia-artificial-y-desarrollo-sostenible/


https://observatorio-ametic.ai/inteligencia-artificial-en-sostenibilidad/inteligencia-artificial-en-sostenibilidad


https://aulainsitu.com/inteligencia-artificial/

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