Como os data centers e o setor de energia podem saciar a fome da IA por energia
O crescimento dos data centers e a adoção da IA dependem da disponibilidade de energia elétrica. Oportunidades para investidores em infraestrutura de energia e setores adjacentes estão surgindo rapidamente. Este artigo é um esforço colaborativo de Alastair Green, Humayun Tai, Jesse Noffsinger e Pankaj Sachdeva, com Arjita Bhan e Raman Sharma, representando visões das práticas de Energia Elétrica e Gás Natural da McKinsey; Tecnologia, Mídia e Telecomunicações; e Private Capital. Setembro de 2024
A crescente adoção de tecnologias de digitalização e IA amplificou a demanda por data centers nos Estados Unidos. Para acompanhar o ritmo atual de adoção, prevê-se que as necessidades de energia dos data centers cresçam cerca de três vezes mais do que a capacidade atual até o final da década, passando de 3 a 4% da demanda total de energia dos EUA hoje para entre 11 e 12% em 2030.
A disparada das demandas de computação e dados está sendo ainda mais acelerada pelos ganhos nas capacidades de computação, juntamente com as reduções na eficiência dos chips em relação ao consumo de energia. Por exemplo, a quantidade de tempo que as unidades centrais de processamento precisam para dobrar sua eficiência de desempenho aumentou de cada dois anos para quase cada três anos. E fornecer os mais de 50 gigawatts (GW) de capacidade adicional de data center necessários nos Estados Unidos até o final da década exigiria um investimento de mais de US$ 500 bilhões apenas em infraestrutura de data center.
O setor de energia está rapidamente se tornando um ator básico na história da IA. O acesso à energia tornou-se um fator crítico para impulsionar novas construções de data centers. À medida que o ecossistema de energia se esforça para atender à necessidade voraz de energia dos data centers, ele enfrenta restrições substanciais, incluindo limitações em fontes de energia confiáveis, sustentabilidade da energia, infraestrutura upstream para acesso à energia, equipamentos de energia dentro dos data centers e trabalhadores de comércio elétrico para construir instalações e infraestrutura. Atualmente, por exemplo, o prazo para alimentar novos data centers em grandes mercados como o norte da Virgínia pode ser superior a três anos. E, em alguns casos, os prazos de entrega de equipamentos elétricos são de dois anos ou mais. Sem amplos investimentos em data centers e infraestrutura de energia, o potencial da IA não será totalmente realizado. Este artigo aborda esse espaço em rápida evolução: o crescimento prospectivo da IA e a demanda por data centers, os desafios para dimensionar data centers e como investidores e titulares podem obter ganhos significativos enquanto ajudam a realizar o potencial da IA.
O escopo da crescente demanda por data centers
De acordo com a análise da McKinsey, espera-se que os Estados Unidos sejam o mercado de crescimento mais rápido para data centers, crescendo de 25 GW de demanda em 2024 para mais de 80 GW de demanda em 2030. Esse crescimento é impulsionado pelo aumento contínuo de dados, computação e conectividade da digitalização e migração para a nuvem, bem como pelo dimensionamento de novas tecnologias - a mais importante das quais é a IA.
A pesquisa da McKinsey estima que a IA generativa (gen IA) pode ajudar a criar entre US$ 2,6 trilhões e US$ 4,4 trilhões em valor econômico em toda a economia global. Mas atingir apenas um quarto desse potencial até o final da década exigiria entre 50 e 60 GW de infraestrutura adicional de data center apenas nos Estados Unidos. Atender a essa demanda exigirá consideravelmente mais eletricidade do que é produzido atualmente nos Estados Unidos. Esse pico nas necessidades de eletricidade é sem precedentes nos Estados Unidos, onde a demanda de energia no agregado mal cresceu desde 2007. A carga do data center pode representar entre 30 e 40% de toda a nova demanda líquida adicionada até 2030, com o crescimento da demanda proveniente da manufatura doméstica , veículos elétricos e eletrolisadores (consulte a barra lateral “O que torna a carga do data center única?”). Entre 2024 e 2030, espera-se que a demanda de eletricidade para data centers nos Estados Unidos aumente cerca de 400 terawatt-hora a um CAGR de cerca de 23% (Anexo 1).
À medida que a demanda por data centers aumenta, as implicações para as empresas na cadeia de valor da energia se tornam mais aparentes. Restrições em toda a cadeia de valor da energia podem impedir o progresso
As empresas em toda a cadeia de valor da energia estão enfrentando restrições e escassez, prejudicando o progresso. A indústria está se aproximando de seus limites físicos em tamanhos de nós e densidades de transistores, e longos prazos de entrega também prejudicaram o progresso. O tempo necessário para obter novas conexões de energia para sites de data center em hubs de data center importantes, como o norte da Virgínia; Santa Clara, Califórnia; e Phoenix tem aumentado. Locais fora dos Estados Unidos, como Amsterdã, Dublin e Cingapura, colocaram moratórias em muitas novas construções de data centers nos últimos anos, principalmente porque não possuem infraestrutura de energia para suportá-los.
Ao mesmo tempo, a demanda por novas cargas de IA contribuiu para a escassez de disponibilidade de computação. As taxas de vacância (capacidade inexplorada) nos grandes mercados de data centers de nível um estão em mínimas históricas, prejudicando a interconexão e o acesso à rede, especialmente em mercados altamente penetrados nos quais a carga do data center já representa uma parte substancial da demanda geral.
No norte da Virgínia, por exemplo, as taxas de vacância foram inferiores a 1% em 2023. A pesquisa da McKinsey mostra que o tempo de energia é a maior consideração para os operadores de data centers ao construir novos sites. Aumentando a tensão dos investidores, à medida que o acesso às redes diminuiu, os cronogramas para investir e construir ainda mais as redes para concessionárias regulamentadas tornaram-se mais longos do que o ciclo de desenvolvimento dos data centers. Notavelmente, a indisponibilidade de energia na maioria dos mercados é impulsionada por limitações na interconexão à rede de transmissão, e não pela incapacidade de gerar energia. No entanto, a capacidade latente na frota de geração é amplamente mantida por usinas movidas a combustíveis fósseis que operam abaixo de seus níveis máximos. Enquanto hiperescaladores e concessionárias trabalham para construir a frota renovável para apoiar os compromissos de sustentabilidade, há uma necessidade contínua de fornecer não apenas novas cargas de data centers, mas também a crescente carga de eletrificação (em transporte e indústria, por exemplo), bem como backfill para o envelhecimento usinas térmicas que eventualmente se aposentarão. Como resultado, os compromissos de sustentabilidade estão, em alguns casos, ficando em segundo plano em relação à manutenção das operações. Em locais com acesso à energia na rede de transmissão em massa, existem outras restrições aos equipamentos de energia, como transformadores, geradores de backup no local e unidades de distribuição de energia (PDUs), com prazos de entrega historicamente altos de quase dois anos em alguns casos (Anexo 2) . A força de trabalho tensa é um inibidor adicional, particularmente a escassez emergente de trabalhadores de comércio elétrico essenciais para a execução desses projetos. As estimativas da McKinsey antecipam uma potencial escassez de até 400.000 trabalhadores comerciais nos Estados Unidos com base na construção projetada de data centers e ativos comparáveis que exigem habilidades semelhantes, como fabricação de semicondutores e gigafábricas de baterias.
Além disso, a indústria enfrenta o desafio assustador de descarbonizar sua pegada para atingir o objetivo de uso de energia livre de carbono 24 horas por dia, 7 dias por semana até 2030. Enquanto a intensidade de emissão de carbono para redes de energia deve cair nos próximos dez anos, a geração de gás natural nacionalmente deve aumentar (Anexo 3). Ao mesmo tempo, a maioria dos cronogramas de descarbonização da rede (se existirem) excedem em muito as metas estabelecidas pelos principais hiperescaladores. À medida que os estados, as jurisdições locais e as empresas de energia definem e trabalham em direção às suas metas de sustentabilidade, os principais clientes corporativos também terão que demonstrar que estão atingindo suas metas autodefinidas. Existem muitos compromissos públicos, mas não há um padrão aceito para alcançar energia limpa em todo o setor. E como as redes são sincronizadas em grandes áreas geográficas, rastrear a geração e o consumo locais e correspondentes ao tempo em todo o sistema compartilhado torna-se uma atividade contábil complexa. Como resultado, essas metas são difíceis de medir e, muitas vezes, difíceis de alcançar. As empresas em todo o setor têm usado muitos instrumentos e abordagens diferentes para gerenciar sua contabilidade de carbono, incluindo certificados de energia renovável não agrupados, acordos de compra de energia (PPAs), certificações de energia
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