Spotřeba elektřiny v datacentrech kvůli AI prudce poroste

ABSTRACT: With the proliferation of generative AI, the electricity demand of datacenters is skyrocketing. Globally, their consumption might exceed 1000 TWh by 2026 and by 2030, datacenters might account for up to 12 % of total electricity demand in the USA and 5 % in the EU. This motivates focus on both efficient demand management (as reflected in the EU’s Energy Efficiency Directive) and electricity supply expansion. Regarding the latter, tech gigants seem to favor nuclear as a stable source capable of delivering sufficient amounts of electricity reliably.

Rychlý růst kapacity datových center, který vyžaduje především rozmach generativní umělé inteligence (AI), bude podmíněn dostatkem elektrické energie. AI je totiž mnohem energeticky náročnější než typické cloudové aplikace: podle Goldman Sachs potřebuje ChatGPT ke zpracování jednoho dotazu téměř desetinásobek elektřiny oproti Google vyhledavači.

Kromě stále širšího nasazování AI jsou požadavky na datové služby dále umocňovány rostoucími výpočetními schopnostmi a „ochlazením“ růstu účinnosti čipů. Poslední bod ilustruje statistika, podle které se průměrná doba potřebná ke zdvojnásobení výkonnosti centrálních procesorových jednotek (při zachování původní spotřeby energie) zvýšila ze dvou let na téměř tři roky.

Pokud mají datová centra udržet krok se současným tempem zavádění technologií využívajících AI, očekává se, že jejich energetické potřeby do konce desetiletí výrazně narostou. Ve Spojených státech, rodišti většiny digitálních velikánů, by se podíl datacenter na celkové spotřebě elektřiny měl do roku 2030 zvýšit přibližně dvaapůlkrát, z dnešních 3 až 4 % na 11 až 12 %. V Evropské unii má jít o nárůst z asi 2 % na 5 %.

Celosvětově vzroste poptávka datacenter po elektřině podle Goldman Sachs o 160 %  do konce tohoto desetiletí. Mezinárodní energetická agentura odhaduje, že již do roku 2026 by datová centra po celém světě mohla spotřebovávat až 1000 TWh elektřiny ročně (aktuální spotřeba dosahuje zhruba 300 TWh/rok), což je hodnota mírně přesahující dnešní spotřebu elektřiny v Japonsku – ta však, na rozdíl od té datových center, v posledních letech pozvolna klesá.

V Curychu zahájili výstavbu čtvrtého datového centra v Metro Campus Zurich West. Uvedení tohoto datacentra o rozloze 5500 m2 a kapacitě 12 MW do provozu je naplánováno na rok 2026. Elektřina pro provoz by měla pocházet z vlastní, klimaticky neutrální výroby, datacentrum bude navíc vybaveno odvodem odpadního tepla pro místní využití.

Zdroj: Lupfig AG - Green
 

HLADOVÉ AI V USA

Je zřejmé, že potenciál AI nebude plně využit bez rozsáhlých investic do datových center a energetické infrastruktury. Energetický sektor se tak stává ústředním protagonistou v příběhu rozvoje umělé inteligence. Ostatně již dnes je přístup k elektrické energii zásadním faktorem při hledání lokací vhodných k vybudování nových datových center, jejichž příkony dosahují až stovek megawatt.

Analýza společnosti McKinsey očekává, že nejrychleji rostoucím trhem pro datová centra budou Spojené státy: celkový příkon datacenter v USA by měl mezi lety 2024 a 2030 vzrůst z 25 GW na více než 80 GW a poptávka po elektřině o asi 400 TWh (což odpovídá nárůstu o zhruba 10 %). Přírůstek datacenter s celkovým příkonem více než 50 GW – jež by měly firmy ve Spojených státech pro upokojení svých datových potřeb vybudovat do konce dekády – sice bude vyžadovat investice ve výši přes 500 miliard dolarů jen do infrastruktury datových center, McKinsey ale zároveň odhaduje, že generativní AI by mohla globálně pomoci vytvořit ekonomickou hodnotu v rozmezí 2,6 až 4,4 bilionu dolarů.

Pokud má však být naplněna byť jen čtvrtina tohoto ekonomického potenciálu, v USA bude do konce desetiletí třeba vybudovat nové zdroje elektrické energie s výkonem 50 až 60 GW, určené právě datacentrům. Spojené státy totiž budou muset vyrábět podstatně více elektřiny než v současnosti. Očekávaný skok ve spotřebě je bezprecedentní: ve Spojených státech celková poptávka po elektřině od roku 2007 téměř nerostla. To se nyní změní nejen kvůli elektrifikaci domácností a dopravy nebo výrobě vodíku elektrolýzou, ale také právě kvůli datovým centrům. Ta mohou mít na růstu poptávky po elektřině v USA v období do roku 2030 až 40% podíl.

EU BUDE MĚŘIT ÚČINNOST

I v Evropě datacentra pravděpodobně zanechají znatelnou energetickou stopu. Evropská unie sice v oblasti datacenter zdaleka není dominantním hráčem (Mezinárodní energetická agentura ve své letošní zprávě World Energy Outlook 2024 uvádí, že z 8000 datových center světa se třetina nachází ve Spojených státech a jen 16 % v Evropě), přesto ale může podle McKinsey očekávat, že spotřeba elektřiny v jejích datových centrech vzroste z aktuálních asi 62 TWh na téměř 150 TWh v roce 2026. Odpovídajícím způsobem by měl vzrůst rovněž příkon datacenter: z dnešních 10 GW až na 35 GW (tedy o 10 GW více, než kolik dnes potřebují datacentra v USA, a o 45 GW méně, než kolik činí odhad pro Spojené státy v roce 2030).

Tento trend by měl zvýšit také podíl datacenter na celkové unijní spotřebě elektřiny, z 1,8 % dnes na 5 % na konci desetiletí. Celounijní průměr přitom již dnes výrazně zvyšuje korporátní mekka Irsko, kde měla datacentra v roce 2022 18% podíl na spotřebě elektřiny, nebo dynamicky se rozvíjející IT sektory v Nizozemsku (5,2 %), Lucembursku (4,8 %) a Dánsku (4,5 %). Podíl datacenter na české spotřebě zhruba odpovídá evropskému průměru (1,5 %), Slovensko v tomto ohledu s 0,5 % mírně zaostává (respektive šetří).

V souladu s očekávaným růstem spotřeby zaznamenal evropský trh – podle průzkumu zveřejněného v září londýnskou poradenskou společností Knight Frank – meziročně 168% nárůst investic do datových center. A ještě větší investice jsou teprve ve stádiu oznámení. Například Microsoft plánuje investovat celkem čtyři miliardy eur do nových datacenter ve Francii, konkrétně v Mylhúzech (Mulhouse), Marseille a Paříži, kterým plánuje elektřinu obstarat také pomocí PPA kontraktů. Obří investice čeká rovněž Spojené království, kam Amazon AWS (respektive jeho divize cloud computingu) plánuje během příštích pěti let investovat až 8 miliard liber (zhruba 9,5 miliardy eur) do výstavby a provozu datových center.

„V průběhu příštích 12 měsíců očekáváme napříč Evropou monumentální vlnu poptávky po umělé inteligenci nové generace, i když nabídka bude omezena nedostatečnou dostupností elektřiny vysokého napětí,“ uvedl Stephen Beard, vedoucí globálního vývoje a investic do datových center ve společnosti Knight Frank. „V konkurenční soutěži zvítězí ti, kteří budou schopni využívat alternativní řešení napájení s dřívějšími termíny připojení do sítě,“ dodal.

Několik technologických společností tvrdí, že právě na alternativních energetických řešeních pro datová centra pracují, většina datových center je však stále poháněna elektřinou ze sítě s nezanedbatelným emisním faktorem. Proto Evropská komise v březnu přijala, v rámci směrnice o energetické účinnosti (Energy Efficiency Directive, (EU)2023/1791), celoevropské schéma hodnocení udržitelnosti datových center. Evropská datová centra nově budou muset podávat zprávy s podrobnostmi o spotřebě energie a vody a o krocích, které podnikají k jejímu snížení. Kromě hodnotícího schématu směrnice rovněž stanovuje monitorovací a reportovací povinnosti a také zavádí tzv. princip „Energy Efficiency First“, který klade provozovatelům datacenter povinnost hledat možnosti ke snížení spotřeby elektřiny, kde jen to je možné (například zefektivněním chladících systémů).

Google ve velkém sází na malé jaderné reaktory, aby uspokojil energetické potřeby své umělé inteligence. Na snímku je architektonické ztvárnění plánovaného demonstračního SMR.

Zdroj: Kairos Power

DATACENTRUM S JADERNÝMI MINIREAKTORY

Zatímco Evropa se snaží udržet spotřebu datacenter na uzdě – což pravděpodobně není postoj nejlákavější pro dravé firmy zápolící na překotně rostoucím trhu s produkty využívajícími AI – investoři ve Spojených státech hledají (i ve spolupráci s federální vládou) způsoby, jak serverovnám zajistit téměř neomezený přísun energie. A žádný příběh hledání alternativních energetických řešení (pro asi jakýkoliv sektor) by dnes nebyl kompletní bez zmínky malých jaderných reaktorů.

V tomto případě v nich vidí potenciál společnost Oracle, jež by minireaktory ráda umístila přímo do datových center, a dokonce se zdá, že její plány jsou v pokročilém stádiu. Podle zakladatele společnosti Ellisona si již Oracle vybrala vhodnou lokaci pro více než gigawattové datacentrum, do nějž by mohly být umístěny tři malé modulární reaktory, k jejichž výstavbě společnost údajně již obdržela povolení. Právě jaderná energie by tak měla datacentrům společnosti Oracle pomoci překročit lákavou hranici 1 GW příkonu (doposud největší z jejích 162 datových center má příkon 800 MW).

Oracle ale není prvním provozovatelem datového centra, který uvažuje o využití jaderné energie. Bill Gates s touto myšlenkou investoval přes miliardu dolarů do společnosti Terrapower, která v červnu zahájila výstavbu moderní jaderné elektrárny s 345 MW reaktorem a úložištěm energie na bázi roztavené soli. Výstavba elektrárny by měla být dokončena do roku 2030; z poloviny ji hradí právě Gatesova investice, druhou polovinu nákladů – souvisejících s tím, že jde o první reaktor svého druhu – pokryje ministerstvo energetiky USA (Department of Energy).

Zájem o dodávku elektřiny z jaderných elektráren projevil pro svá datacentra už i Amazon, který oznámil tři velké dohody o vývoji a nasazení malých modulárních jaderných reaktorů pro napájení svých datových center ve Virginii, Washingtonu a dalších státech. Jeho cílem je zprovoznit do roku 2039 více než 5 GW nových malých jaderných zdrojů.

Technologie malých reaktorů s výkonem do 300 MW je ale stále ve vývoji a očekává se, že bude komerčně dostupná až od roku 2030. Na světě zatím údajně existují tři malé jaderné elektrárny – dvě v Číně a jedna v Rusku. Techničtí giganti nicméně zjišťují, že energetické potřeby datových center jsou s nástupem generativní AI neukojitelné, a jaderná energie se jim očividně jeví jako spolehlivý způsob, jak udržet servery v chodu. Možná to bude nakonec právě umělá inteligence, kdo napomůže malým modulárním reaktorům zbavit se pověsti sněžného muže – o němž všichni mluví, ale nikdo jej neviděl – a konečně komerčně prorazit.