AI как источник роста потребления электроэнергии

Для начала - количество дата центров из инфографики

Ранг	Страна	Кол-во дата центров	%
1	U.S.	5 381	45,60%
2	Germany	521	4,42%
3	UK	514	4,36%
4	China	449	3,81%
5	Canada	336	2,85%
6	France	315	2,67%
7	Australia	307	2,60%
8	Netherlands	297	2,52%
9	Russia	251	2,13%
10	Japan	219	1,86%
11	Mexico	170	1,44%
12	Italy	168	1,42%
13	Brazil	163	1,38%
14	India	152	1,29%
15	Poland	144	1,22%
16	Spain	143	1,21%
17	Hong Kong	122	1,03%
18	Switzerland	120	1,02%
19	Singapore	99	0,84%
20	Sweden	95	0,81%
21	New Zealand	81	0,69%
22	Indonesia	79	0,67%
23	Belgium	79	0,67%
24	Austria	68	0,58%
25	Ukraine	58	0,49%
n/a	Rest of World	1 469	12,45%
	TOTAL	11 800	100,00%

Источник - https://www.visualcapitalist.com/ranked-the-top-25-countries-with-the-most-data-centers/

* * *

Согласно исследования McKinsey искусственный интеллект порождает спрос на электроэнергию. Значит - опять все будет дорожать... И будет ли компенсацию за счет снижения издержек в силу эксплуатации ИИ?

Выдержки из статьи McKinsey. Иследование касается северо-американского континента.

Стремительное внедрение технологий цифровизации и искусственного интеллекта усилило спрос на центры обработки данных по всей территории Соединенных Штатов. Чтобы идти в ногу с текущими темпами внедрения, ожидается, что потребности центров обработки данных в электроэнергии вырастут примерно в три раза по сравнению с текущей мощностью к концу десятилетия, с 3–4 процентов от общего спроса на электроэнергию в США сегодня до 11–12 процентов в 2030 году. Стремительно растущие потребности в вычислениях и данных еще больше ускоряются за счет роста вычислительных возможностей наряду со снижением эффективности чипов относительно энергопотребления. Например, количество времени, необходимое центральным процессорам для удвоения эффективности производительности, увеличилось с двух до почти трех лет. А обеспечение более 50 гигаватт (ГВт) дополнительной мощности центров обработки данных, необходимых в Соединенных Штатах к концу десятилетия, потребует инвестиций в размере более 500 миллиардов долларов только в инфраструктуру центров обработки данных

Энергетический сектор быстро становится главным героем в истории ИИ. Доступ к электроэнергии стал критическим фактором в строительстве новых центров обработки данных. Поскольку энергетическая экосистема борется с ненасытной потребностью центров обработки данных в электроэнергии, она сталкивается со значительными ограничениями, включая ограничения по надежным источникам питания, устойчивости питания, инфраструктуре для доступа к электроэнергии, силовому оборудованию в центрах обработки данных и рабочим по электротехнике для строительства объектов и инфраструктуры. Например, в настоящее время время выполнения заказа на электропитание новых центров обработки данных на таких крупных рынках, как Северная Вирджиния, может составлять более трех лет. А в некоторых случаях время выполнения заказа на электрооборудование составляет два года и более.

Без достаточных инвестиций в центры обработки данных и инфраструктуру электропитания потенциал ИИ не будет полностью реализован.

Масштабы растущего спроса на центры обработки данных

Согласно анализу McKinsey, ожидается, что Соединенные Штаты станут самым быстрорастущим рынком для центров обработки данных, увеличившись с 25 ГВт спроса в 2024 году до более чем 80 ГВт спроса в 2030 году. Этот рост обусловлен продолжающимся ростом данных, вычислений и подключений в результате цифровизации и миграции в облако, а также масштабированием новых технологий, наиболее важной из которых является ИИ. Исследование McKinsey оценивает, что генеративный ИИ (gen AI) может помочь создать от 2,6 трлн до 4,4 трлн долларов экономической стоимости во всей мировой экономике. Однако для реализации хотя бы четверти этого потенциала к концу десятилетия потребуется от 50 до 60 ГВт дополнительной инфраструктуры центров обработки данных только в Соединенных Штатах.

Для удовлетворения этого спроса потребуется значительно больше электроэнергии, чем в настоящее время производится в Соединенных Штатах. Ожидается, что в период с 2024 по 2030 год спрос на электроэнергию для центров обработки данных в Соединенных Штатах увеличится примерно на 400 тераватт-часов при среднегодовом темпе роста около 23%.

Ограничения в цепочке создания стоимости электроэнергии могут помешать прогрессу

Компании по всей цепочке создания стоимости электроэнергии сталкиваются с ограничениями и дефицитом, что тормозит прогресс. Отрасль приближается к своим физическим пределам по размерам узлов и плотности транзисторов, а длительные сроки поставки также препятствуют прогрессу. Время, необходимое для получения новых подключений к электросети для центров обработки данных в крупных центрах обработки данных, таких как Северная Вирджиния; Санта-Клара, Калифорния; и Финикс, увеличивается. Места за пределами США, такие как Амстердам, Дублин и Сингапур, ввели мораторий на строительство многих новых центров обработки данных в последние годы, в первую очередь из-за отсутствия инфраструктуры электропитания для их поддержки.

В то же время спрос со стороны новых нагрузок ИИ способствовал дефициту вычислительной доступности. Уровень вакансий на рынках крупных центров обработки данных первого уровня находится на исторически низком уровне, что затрудняет взаимосвязь и доступ к сетям, особенно на рынках с высоким уровнем проникновения, где нагрузка на центры обработки данных уже представляет собой значительную часть общего спроса. Усугубляя напряженность среди инвесторов, поскольку доступ к сетям сократился, сроки инвестирования и дальнейшего строительства сетей для регулируемых коммунальных служб стали длиннее цикла разработки центров обработки данных.

Примечательно, что недоступность электроэнергии на большинстве рынков обусловлена ​​ограничениями в подключении к передающей сети, а не невозможностью вырабатывать электроэнергию. Однако скрытая мощность в генерирующем парке в основном удерживается работающими на ископаемом топливе электростанциями, работающими ниже своих максимальных уровней. В то время как гипермасштабирующие компании и коммунальные службы работают над созданием парка возобновляемых источников энергии для поддержки обязательств по устойчивому развитию, сохраняется необходимость в обеспечении не только новой нагрузки от центров обработки данных, но и растущей нагрузки от электрификации (например, на транспорте и в промышленности), а также в замещении стареющих тепловых электростанций, которые в конечном итоге выйдут из эксплуатации. В результате обязательства по устойчивому развитию в некоторых случаях отходят на второй план.

В местах, где имеется доступ к электроэнергии по магистральной сети электропередачи, существуют дополнительные ограничения по энергетическому оборудованию, такому как трансформаторы, резервные генераторы на месте и блоки распределения электроэнергии (PDU), при этом исторически высокие сроки поставки в некоторых случаях составляют почти два года. 
Дополнительным препятствием является нехватка рабочих-электриков, необходимых для выполнения этих проектов.

Неиспользованные возможности для инвесторов и действующих игроков в развитии центров обработки данных

Для экосистемы центров обработки данных огромные капиталовложения и тесная связь с энергетическим сектором открывают значительные возможности. По всей цепочке создания стоимости электроэнергии инвесторы могут участвовать и внедрять решения, которые удовлетворят спрос на центры обработки данных и ускорят рост. Текущий прогресс и ограничения одинаково четко выделяют три области, в которых инвесторы могут оказать наибольшее влияние: 

• доступ к электроэнергии и ее источникам, 
• энергетическое оборудование,
• специалисты и техники.

Инвесторы могут участвовать в цепочке создания стоимости электроэнергии и внедрять решения, которые удовлетворят спрос на центры обработки данных и ускорят рост.

Доступ к электропитанию и его источники

Инвесторы и действующие лица имеют достаточно возможностей для участия в создании новых решений для доступа к энергии и источникам.

• Инвестиции в передачу и распределение. Из-за растущей критичности доступности электроэнергии в масштабируемых центрах обработки данных все больше коммунальных компаний осознали важность и потенциал центров обработки данных. В результате инвесторы могут направлять инвестиции в коммунальные компании для создания инфраструктуры передачи и распределения на ключевых рынках. Спрос на центры обработки данных и электроэнергию не показывает никаких признаков замедления, поэтому рынки должны соответственно расти. Достижения в области искусственного интеллекта будут создавать еще больше данных, увеличивая потребность в центрах хранения данных, чтобы избежать проблем, связанных с управлением большими объемами данных.
• Вторичные рынки с доступом к надежной и дешевой энергии. Существует разрыв между сроками строительства центров обработки данных (которые могут достигать 18–24 месяцев) и сроками развития энергетической инфраструктуры — проекты по газу и возобновляемым источникам энергии обычно длятся от трех до пяти лет, а разработка линий электропередачи может регулярно занимать от семи до десяти лет. Это дает возможности творчески преодолеть временной разрыв. Многие наращивают мощности в новых и нетипичных местах за пределами основных рынков центров обработки данных, поскольку эти области предлагают более дешевую и доступную энергию и имеют потенциал для инфраструктуры без выбросов углерода.

Материал из следующего источника:

Как центры обработки данных и энергетический сектор могут удовлетворить потребность ИИ в энергии. 17 сентября 2024 г. Аластер Грин, Хумаюн Тая , Джесси Ноффсингер, Панкадж Сачдева, Арджита Бхана, Раман Шарма.

How data centers and the energy sector can sate AI’s hunger for power.
https://www.mckinsey.com/industries/private-capital/our-insights/how-data-centers-and-the-energy-sector-can-sate-ais-hunger-for-power

Что делает нагрузку на центр обработки данных уникальной?

В зависимости от рабочей нагрузки дата-центры могут потреблять электроэнергию круглосуточно, с некоторыми внутридневными колебаниями, как и другие промышленные центры. Однако дата-центры представляют собой с точки зрения коммунальных компаний и инвесторов уникальный профиль.

Во-первых, большинство центров обработки данных располагаются с резервными системами хранения энергии, чтобы обеспечить выполнение высоких требований к времени безотказной работы. Эта резервная система может быть направлена ​​для компенсации нагрузки центра обработки данных, когда условия в сети становятся напряженными.

Во-вторых, владельцы центров обработки данных обычно более склонны платить за электроэнергию, чем большинство других потребителей электроэнергии. Эксплуатационные расходы на электроэнергию составляют около 20% от общей стоимости бизнес-моделей центров обработки данных, которые оказались весьма прибыльными для крупных компаний. Поэтому более высокие тарифы на электроэнергию не нарушают бизнес-модель. Для сравнения, для других источников электроэнергии, таких как производство зеленого водорода, себестоимость конечного продукта сильно зависит от цен на электроэнергию, а ожидаемая маржа намного меньше.

В-третьих, прогноз спроса на центры обработки данных и готовность владельцев платить являются особенностями в деле использования электроэнергии. Для большинства видов использования энергия преобразуется в физический конечный продукт (такой как светодиодная лампочка), а энергоэффективность измеряется в процентах (например, светодиодная лампочка потребляет на 90% меньше энергии, чем лампа накаливания). Вычислительная мощность измеряется порядком величины, а не процентом, а выход потребляемой мощности для центров обработки данных представляет собой информацию, а не физический товар. Прорывы, которые открывают доступ к недорогим, высокоэффективным вычислениям, не обязательно снижают спрос на электроэнергию. Скорее, такие прорывы могут повысить сложность моделей, и они могут даже обеспечить больше вариантов использования, которые приведут к большему спросу на электроэнергию. Короче говоря, обычные эксплуатационные параметры сектора электроэнергетики могут потребовать некоторого пересмотра, прежде чем они будут применены к центрам обработки данных.