مراکز داده هوش مصنوعی نحوه ساخت زیرساخت برق آمریکا را دگرگون میکنند
پیشبینی میشود تقاضای برق مراکز داده ایالات متحده در سال ۲۰۲۶ به ۴۱ گیگاوات برسد که نسبت به ۳۱ گیگاوات در سال ۲۰۲۵ افزایشی ۳۲ درصدی در یک سال را نشان میدهد. بر اساس پیشبینی تحقیقات گلدمن ساکس، این رقم تا سال ۲۰۲۷ به ۶۶ گیگاوات خواهد رسید. برای درک بهتر: ۴۱ گیگاوات تقریباً معادل ظرفیت تولید کل ناوگان هستهای فرانسه است. شبکه برق آمریکا باید این میزان بار جدید را در مدت زمانی که برای برنامهریزی و صدور مجوز یک نیروگاه بزرگ نیاز است، جذب کند.
این یک مشکل آینده نیست. این شرایط عملیاتی کنونی زیرساخت انرژی در مناطقی با تراکم بالای مراکز داده است و تصمیمات مربوط به مکانیابی محاسبات هوش مصنوعی، منابع انرژی تأمینکننده آن و پرداخت هزینه توسعه شبکه را تغییر میدهد.
ارقام پشت موج تقاضا
انتظار میرود مصرف برق جهانی مراکز داده در سال ۲۰۲۶ از ۱۰۰۰ تراواتساعت فراتر رود که تقریباً دو برابر سطح سال ۲۰۲۳ است. سرورهای بهینهشده برای هوش مصنوعی — رکهای GPU و شتابدهندههای سفارشی که بارهای کاری آموزش و استنتاج را اجرا میکنند — محرک اصلی هستند. پیشبینی میشود این سرورها در سال ۲۰۲۵ حدود ۲۱٪ از کل مصرف برق مراکز داده را تشکیل دهند که تا سال ۲۰۳۰ به ۴۴٪ خواهد رسید. یک مرکز داده فوقمقیاس که امروز ساخته میشود میتواند بین ۱۰۰ مگاوات تا ۷۵۰ مگاوات در هر سایت تقاضا داشته باشد. تأسیسات جدیدی که برای اواخر دهه ۲۰۲۰ برنامهریزی شدهاند با ۲۰ برابر چگالی توان مراکز فوقمقیاس ساختهشده پنج سال پیش طراحی میشوند.
در شمال ویرجینیا — بزرگترین بازار مراکز داده جهان — تأسیسات موجود بیش از یکچهارم برق منطقه را مصرف میکنند. در جولای ۲۰۲۴، یک نوسان ولتاژ باعث شد ۶۰ مرکز داده بهطور همزمان از شبکه جدا شوند و مازاد ۱۵۰۰ مگاواتی ایجاد شود که برای جلوگیری از خاموشی گسترده نیاز به تنظیمات اضطراری داشت. این حادثه بهطور مشخص آنچه را که برنامهریزان شبکه در صفحات گسترده مدلسازی میکردند، مستند کرد: بارهای در مقیاس هوش مصنوعی ریسکهای پایداری ایجاد میکنند که در چگالیهای قبلی مراکز داده وجود نداشت.
چرا شرکتهای فناوری به سمت هستهای رفتند
هجوم به سمت قراردادهای خرید برق هستهای پاسخ مستقیم به یک محدودیت خاص است: انرژی تجدیدپذیر (خورشیدی، بادی) متناوب است و مراکز داده به برق ثابت نیاز دارند. یک اجرای آموزش برای مدل زبانی بزرگ یا خوشه استنتاج نمیتواند تغییرپذیری را که اپراتورهای شبکه در یک سبد بار متنوع هموار میکنند، تحمل کند. یک مرکز داده با بار ثابت ۱۰۰ مگاوات به ۱۰۰ مگاوات ظرفیت تولید ثابت نیاز دارد، نه معادل میانگین.
انرژی هستهای بهطور مداوم، با ضریب ظرفیت بالا و با ردپای کربنی قابل مقایسه با باد و خورشید در طول چرخه کامل عمر تولید میکند. معاملات امضا شده در ۱۸ ماه گذشته این منطق را منعکس میکنند:
- مایکروسافت یک قرارداد خرید ۲۰ ساله به ظرفیت ۸۳۵ مگاوات برای راهاندازی مجدد واحد ۱ سهمایلی آیلند در پنسیلوانیا امضا کرد. این نیروگاه از اواخر ۲۰۲۴ شروع به تأمین برق کرد.
- گوگل تا ۵۰۰ مگاوات رآکتور مدولار کوچک از شرکت کایروس پاور سفارش داد که تحویل اولیه برای اوایل دهه ۲۰۳۰ هدفگذاری شده است.
- آمازون بیش از ۲۰ میلیارد دلار برای تبدیل سایت هستهای ساسکوهانا در پنسیلوانیا به یک پردیس مرکز داده هوش مصنوعی که توسط نیروگاه مجاور تأمین میشود، سرمایهگذاری کرد.
- متا با شرکتهای تراپاور، اوکلو و ویسترا قراردادهایی امضا کرد که تا سال ۲۰۳۵ تا ۶٫۶ گیگاوات ظرفیت انرژی پاک را تضمین میکند. معامله ناتریوم تراپاور شامل ۶۹۰ مگاوات ظرفیت اولیه با گزینههایی برای ۲٫۱ گیگاوات بیشتر است.
در مجموع، شرکتهای بزرگ فناوری در مدت تقریباً یک سال برای بیش از ۱۰ گیگاوات ظرفیت هستهای جدید در آمریکا قرارداد بستهاند. این رقم شامل ظرفیت هستهای موجود که در قراردادهای بلندمدت خرید قفل میشود نیست — فقط تعهدات ساخت جدید است.
شبکه برق قادر به همگامی نیست
PJM Interconnection — اپراتور شبکه که به حدود ۶۵ میلیون نفر در ۱۳ ایالت و واشنگتن دیسی خدمات میدهد — برای سال ۲۰۲۷ کمبود قابلیت اطمینان ۶ گیگاواتی را پیشبینی میکند. شرکتهای برق با افزایش ۵۰ تا ۱۵۰ درصدی درخواستهای اتصال به شبکه مواجه هستند و خط لوله صدور مجوز و ساخت ظرفیت انتقال جدید در بازههای زمانی ۵ تا ۱۰ ساله عمل میکند که با سرعت تعهد ظرفیت مراکز داده ناسازگار است.
گلدمن ساکس تخمین میزند سهم مراکز داده از اوج تقاضای برق تابستانی آمریکا از ۴٫۱٪ در سال ۲۰۲۵ به ۸٫۵٪ در سال ۲۰۲۷ افزایش یابد. این رقم تا زمانی قابل مدیریت به نظر میرسد که بدانید رشد سالانه بار شبکه از لحاظ تاریخی زیر ۱٪ بوده است. برخی اپراتورهای شبکه سال گذشته رشد بار ۴٪ را تجربه کردند. زیرساختی که برای رشد سالانه ۰٫۸٪ طراحی شده نمیتواند بدون سرمایهگذاری قابل توجه و ناهماهنگی افق برنامهریزی، رشد ۴٪ را جذب کند.
هزینه انتزاعی نیست. پیشبینی میشود قیمت برق مسکونی در سال ۲۰۲۶ حدود ۵٪ افزایش یابد. یک تحلیل تخمین میزند که رشد کنترلنشده بار مراکز داده میتواند تا سال ۲۰۳۳ حدود ۱۶۳ میلیارد دلار به قبضهای برق منطقهای اضافه کند و تا سال ۲۰۲۸ قبض ماهانه برق یک خانواده متوسط را حدود ۷۰ دلار افزایش دهد. این هزینهها بهطور نامتناسبی بر مشتریان مسکونی و تجاری کوچک تحمیل میشود که توانایی کمتری برای مذاکره نرخ یا جابهجایی بار دارند.
جهت ساخت مراکز داده جدید به کجا میرود
محدودیت شبکه در حال تغییر مسیر سرمایهگذاری مراکز داده فوقمقیاس است. مکانهایی با برق موجود حقبهرهداری دریافت میکنند: سایتهای نزدیک نیروگاههای هستهای موجود یا برنامهریزیشده، نزدیک منابع برقآبی بزرگ، یا در مناطقی با ظرفیت شبکه توسعهنیافته نسبت به تولید، اکنون اعلامیههای مراکز داده را جذب میکنند که چند سال پیش به بازارهای تثبیتشده میرفتند.
وایومینگ، آیداهو و شمال غرب اقیانوس آرام به دلایل مختلف شاهد علاقه جدیدی هستند — ظرفیت موجود برقآبی و بادی در شمال غرب، نزدیکی به پروژههای هستهای در حال توسعه در آیداهو و وایومینگ. تگزاس به دلیل در دسترس بودن برق و محیط نظارتی جذاب بوده اما نگرانیهایی در مورد پایداری شبکه دارد که برخی اپراتورها در برنامهریزی تابآوری لحاظ میکنند.
مدل هممکانی — جایی که یک شرکت مرکز داده ظرفیت را در تأسیساتی متعلق به شخص ثالث اجاره میکند — تحت فشار است. ارائهدهندگان هممکانی برای همان اتصالات کمیاب شبکه رقابت میکنند که اپراتورهای فوقمقیاس مستقیماً دنبال میکنند. شرکتهایی که سرمایه کافی برای امضای قراردادهای خرید برق ده ساله و ساخت مستقیم در سایتهای دارای برق فراوان دارند، در محیطی با عرضه محدود نسبت به مدل هممکانی مزیت ساختاری دارند.
مشکل حسابداری پایداری
گوگل افزایش ۴۸ درصدی انتشار گازهای گلخانهای خود در پنج سال را به زیرساخت هوش مصنوعی نسبت داد. مایکروسافت نیز چالشهای مشابهی را در تحقق تعهدات پایداری ۲۰۳۰ خود گزارش کرده است زیرا رشد محاسبات هوش مصنوعی از تدارک انرژی پاک که برای جبران آن طراحی شده بود، پیشی گرفت. معاملات هستهای پاسخ ساختاری هستند — قرارداد ظرفیت پایه پاکی که با تقاضای مرکز داده رشد میکند به جای تلاش برای جبران برق آلوده شبکه با اعتبارات انرژی تجدیدپذیر.
تنش اساسی این است که گذار انرژی و گسترش هوش مصنوعی هر دو به طور همزمان رخ میدهند و به یک زیرساخت شبکه، زنجیره تأمین تجهیزات (ترانسفورماتورها، کلیدهای قدرت، کابل فشارقوی) و فرآیندهای صدور مجوز فشار میآورند. هیچکدام کند نمیشود. تنگنا توانایی شبکه برای تکامل به اندازه کافی سریع برای خدمت به هر دو است.