Расширение ИИ разрывает электросеть: 7 энергетических инвестиционных стратегий, которые вы должны знать

Энергия — это действительно узкое место для умного роста.

Автор: Джозеф Аюб

Перевод: ShenChao TechFlow

ShenChao Введение: Все обсуждают вычислительную мощность и модели, но эта статья ставит более фундаментальный вопрос: хватит ли энергетических ресурсов? Morgan Stanley прогнозирует, что в 2028 году в США возникнет нехватка электроэнергии в 45 ГВт, срок поставки крупных трансформаторов достиг 24-36 месяцев, а потребление электроэнергии в центрах обработки данных AI растет на 15% в год. Автор выводит 7 инвестиционных логик, от разделения электросетей до твердотельных трансформаторов и двухфазного охлаждения, углы которых необычны, но ключевы.

Текст статьи:

NVIDIA недавно выпустила структуру “AI — это пятислойный торт”. Сегодня я собираюсь доказать, что именно энергетический уровень является ограничивающим фактором умного роста и обсудить его последствия.

Прогресс человеческой цивилизации является результатом нашей способности управлять инструментами — будь то молот, огонь, лошади, печатный станок, телефон, лампочка, паровая машина, радио или AI. Эти “инструменты” — это способ, которым человечество преобразует энергию в производительность.

По сути, мы повышаем производительность человека, захватывая энергию и направляя ее на цели с помощью инструментов.

Короче говоря, основная логика прогресса человеческой цивилизации такова:

На протяжении большей части человеческой истории человечество полагалось на энергию человеческого тела и руки как на инструменты для достижения целей, будь то земледелие или писательство. Печатный станок является типичным примером того, как энергия и инструменты развивались совместно — он был внедрен Гутенбергом в 1440 году. До этого новшества человечество использовало свою собственную энергию, чтобы вручную писать информацию с помощью пера (инструмента), что было крайне неэффективно. Печатный станок создал новый инструмент, который значительно увеличил эффективность использования человеческой энергии благодаря механическому трафаретному печатанию текста, что в свою очередь повысило производительность на несколько порядков. Однако с 1450 по 1800 год, в течение почти 350 лет, печатный станок почти не претерпел существенных изменений. Лишь когда человечество овладело более мощной энергией — углем, это изменило энергетическое уравнение. В 1814 году Фридрих Кёниг изобрел паровой печатный станок, адаптировав его к тогдашним энергетическим новшествам — углю, что увеличило эффективность в 5 раз. С тех пор печатный станок продолжал эффективно адаптироваться к новым источникам энергии, увеличив объем производства с 250 экземпляров в час до 30,000 через 50 лет, а сегодня достигает миллионов экземпляров.

Таким образом, процесс постоянного создания новых инструментов, преодоления границ управления энергией и повышения эффективности новых инструментов относительно доступной энергии продолжается и по сей день. Сегодня умные технологии являются новой формой производительности, а энергия — это ее топливо. Ключевое здесь в том, что сможем ли мы продолжать продвигать умный рост, зависит от того, сколько устойчивой и надежной энергии мы можем произвести для питания инструментов (GPU) и направлять их к целям (умному).

Эта тема пересекается с шкалой Кардашева — последняя измеряет уровень технологического прогресса цивилизации по количеству энергии, которую она может контролировать, от планет до звезд, от галактик до вселенных и многомировой структуры. Сколько энергии мы можем контролировать, обозначает, насколько далеко мы продвинулись как цивилизация. Эта закономерность всегда была верна в истории и не будет исключением в будущем. Способность управлять энергией является основополагающим для прогресса цивилизации.

Основной аргумент этой статьи заключается в том, что спрос на энергию быстро превышает предложение, и это является основным узким местом для умного роста. Я рассмотрю первичные и вторичные последствия этого аргумента.

Почему предложение энергии замедляется?

Ядерное деление было открыто в 1939 году, и это было последнее значительное изменение в области энергетики с момента возникновения человеческой цивилизации. Однако из-за Чернобыльской катастрофы и глобальных обязательств по переходу на возобновляемые источники энергии с 1950 года наблюдается явный дисбаланс между инновациями в инструментах и прогрессом в области энергетики. В 1950 году мировое производство энергии составляло 2600 ГВт, сегодня — 19000 ГВт (увеличение в 7.3 раза). Это выглядит как скачок, но этот постепенный линейный рост далеко не может соответствовать современному росту вычислений и технологий, и даже с трудом превышает рост населения за тот же период, который составил 3.5 раза.

В то же время промежутки между инновациями в инструментах сокращаются. Прошло 364 года от первой печатной машины до ее следующего значительного улучшения, 58 лет от первого полета до космических путешествий, 20 лет от первого микропроцессора до интернета, а сегодня значительный скачок в производительности GPU происходит каждые 2 года. Мы живем в окне постоянного ускорения повышения эффективности инструментов, настолько, что несколько инноваций накладываются друг на друга в постоянно ускоряющихся циклах. От AI до криптографии и квантовых вычислений, скорость открытия новых инноваций растет, а прогресс в эффективности становится все более стремительным — это и есть закон ускоренной отдачи.

Сегодня центры обработки данных занимают 1.5% глобального потребления электроэнергии, и, как ожидается, к 2030 году это число вырастет до 3% — за 6 лет они достигли того, что паровые машины достигали за 50 лет. Ключевое отличие между промышленной революцией и нынешним взрывом интеллекта состоит в том, что промышленная революция одновременно строила свои собственные источники энергии с ростом спроса — угольные шахты, каналы, железнодорожные сети и машины, потребляющие их, расширялись синхронно. Каждая предыдущая энергетическая революция строила свои цепочки поставок в процессе расширения масштабов; AI же унаследовал уже существующую цепочку поставок, которая начала разрушаться.

Электросети совершенно не готовы справляться с ежегодным увеличением потребления электроэнергии на 15%, вызванным взрывом интеллекта, в то время как спрос на электроэнергию в США за последние десять лет практически не увеличивался. Трещины уже начинают появляться в США: очереди на подключение к электросетям установили исторические рекорды, срок поставки крупных трансформаторов в среднем составляет 24–36 месяцев, а в 2025 году трансформаторы могут столкнуться с нехваткой в 30%. Morgan Stanley оценивает, что только в США нехватка энергии к 2028 году составит 45 ГВт, что соответствует потреблению электроэнергии 33 миллионов американских домохозяйств. Я считаю, что эта нехватка может быть гораздо больше.

Проблема ясна: человечеству нужно радикально расширить масштабы энергетики, чтобы не отставать от инноваций в таких областях, как AI, робототехника и автономные автомобили.

Надвигающаяся нехватка энергии: первичные и вторичные последствия

Последствия надвигающейся нехватки энергии имеют историческое значение: с ростом спроса на энергию и недостатком предложения, мы можем стать свидетелями появления quasi-частного энергетического рынка.

Гипермасштабные облачные провайдеры (Hyperscaler) уже начали строить свои собственные установки для генерации энергии (BTM) и планируют расширение в области ядерной энергетики для центров обработки данных — эта тенденция уже начинает проявляться. Я верю, что эта тенденция будет только нарастать.

Ниже я изложу 7 аргументов, которые являются производными от взрыва интеллекта и его влияния на продолжающееся напряжение в поставках электроэнергии.

Аргумент 1: Распад электросетей — вычислительная мощность будет перемещаться к источникам энергии, а не наоборот

В регионах с повышенным спросом на вычислительные мощности, юрисдикции с изобилием энергии и мягким регулированием будут получать непропорциональную выгоду по мере фрагментации энергетических систем.

Когда спрос на энергию начинает превышать предложение, электроэнергия становится политически чувствительной. У домохозяйств есть право голоса, у центров обработки данных — нет. В условиях нехватки энергии электросеть вряд ли останется нейтральной; скорее, она будет ставить потребности домашних хозяйств выше потребностей промышленности через ценообразование, ограничения доступа или мягкие лимиты.

Учитывая, что вычислительные мощности чрезвычайно чувствительны к задержке, времени онлайн и надежности, работа в юрисдикциях, приоритизирующих потребление электроэнергии домохозяйствами, становится практически невозможной. По мере того как доступ к электросетям становится нестабильным или политизированным, вычислительные рабочие нагрузки будут перемещаться в режим генерации энергии в BTM, где электроэнергия может быть прямо обеспечена, контролируема и оценена.

Это приведет к структурному сдвигу: вычислительные мощности переместятся в экономики с изобилием энергии и мягким регулированием. Победителями будут те, кто сможет интегрировать землю, взаимосвязанность, генерацию энергии и оптоволокно в развертываемые и воспроизводимые системы; юрисдикции, в которых находятся эти системы, также получат выгоду.

Аргумент 2: Энергия становится конкурентным преимуществом, BTM генерация становится основной способностью отличия поставщиков вычислительных мощностей

На мой взгляд, это наиболее критическое первичное воздействие от усиливающейся нехватки энергии. В мире, где спрос на энергию превышает предложение, доступ к дешевому и надежному электричеству представляет собой структурное преимущество, накапливающееся со временем. Более того, приоритетное использование электроэнергии из электросети центрами обработки данных политически неустойчиво, и именно в этом направлении движется текущая энергетическая ситуация. Увеличение напряженности в национальной сети будет вынуждать поставщиков вычислительных мощностей строить собственные электростанции; гипермасштабные облачные провайдеры уже начали эту тенденцию. Инфраструктура без BTM генерации будет прямо исключена.

По сути, компании, обладающие энергетическими ресурсами, выигрывают, а компании, арендующие электроэнергию, проигрывают. Без BTM генерации поставщики вычислительных мощностей столкнутся с проблемами надежности электроэнергии (смертельными), ростом затрат и ограничениями потребления. Чистые управляющие REIT (например, Equinix, Digital Realty) без собственных генерационных мощностей потеряют свою ценность по сравнению с вертикально интегрированными операторами. Компании, соединяющие генерацию электроэнергии и размещение вычислительных мощностей, создают самые глубокие конкурентные преимущества (Crusoe, Iren и некоторые гипермасштабные облачные провайдеры). Это можно выразить через долгосрочные и краткосрочные торговые позиции, но я предпочитаю акцентировать внимание на победителях вертикальной интеграции.

Аргумент 3: Стандартизация BTM порождает инновации — от традиционных трансформаторов до твердотельных трансформаторов, от традиционного переключающего оборудования до цифрового

Традиционные трансформаторы повышают или понижают напряжение в электрических сетях переменного тока. Из-за своего размера и материалов срок поставки достигает 24-36 месяцев, и существует нехватка в 30%. Это также технология 1880-х годов, произведенная вручную вокруг ограниченных материалов. Важно, что каждая мегаваттная BTM генерация должна проходить через преобразование, регулирование и распределение к вычислительному узлу; трансформаторы нельзя обойти.

Твердотельные трансформаторы заменяют все это высокочастотными электроникой. Они меньше, быстрее и полностью управляемы, обрабатывая преобразование переменного тока в постоянный, регулирование напряжения и двунаправленный ток в одном устройстве. Производство также проще, полагаясь на кремниевые полупроводники на основе карбида кремния/нитрида галлия, а не на огромные медные обмотки и масляные резервуары. С ростом популярности BTM как стандартной архитектуры, устройство, соединяющее энергетику и вычислительные мощности, становится узким местом, и это устройство — твердотельный трансформатор (SST).

Переключающее оборудование также сталкивается с 80 неделями задержки и служит уровнем контроля между генерацией электроэнергии и нагрузкой, отвечая за маршрутизацию электроэнергии, изоляцию неисправностей и защиту системы. Как и трансформаторы, переключающее оборудование также является трудоемким продуктом, произведенным вокруг ограниченных материалов, и с 1880-х годов практически не изменилось.

Цифровое переключающее оборудование заменяет все это твердотельной электроникой. Оно быстрее, программируемо и полностью управляемо, реализуя мониторинг неисправностей в реальном времени, удаленную изоляцию и динамическую маршрутизацию нагрузки. Не менее важно, что оно расширяется, как электронные устройства, а не как промышленное оборудование.

Что касается меди, я придерживаюсь конструктивного мнения. Медь — это高速公路 для электроники и станет основным товаром, необходимым в мире, который становится все более электрифицированным. Однако способ, которым выражается эта сделка, тонок — традиционные горнодобывающие компании действуют в рамках сделок с низкой маржой, которые могут сжиматься со временем. Но в конце концов, на стороне готовой продукции, где медь незаменима и время ограничено, существует значительное узкое место и пространство для накопления будущей ценности. Производители кабелей, такие как Prysmian и Nexans, продают не сырье, а готовые ограничения, и с увеличением сроков поставки трансформаторов это больше не товарный рынок.

Аргумент 4: Углеродные издержки AI становятся политически все более трудными для управления, что заставит перейти на решения на основе солнечной энергии и батарей

В строительстве AI есть нерегулируемая углеродная проблема, что является политическим ограничением. Центры обработки данных поднимают цены на электроэнергию, массово потребляют водные ресурсы и увеличивают местные выбросы. Это уже проявляется: проекты центров обработки данных на сумму 18 миллиардов долларов были полностью отменены, а проекты на сумму 46 миллиардов долларов были отложены.

Сегодня около 56% электроэнергии для центров обработки данных поступает из ископаемого топлива. Природный газ решает проблему скорости развертывания, но с политической точки зрения он уязвим. С ростом спроса усиливается сопротивление расширению ископаемой энергетики, что вынуждает в краткосрочной перспективе формировать смешанную систему с природным газом, ядерной энергией и возобновляемыми источниками энергии.

Хотя природный газ служит краткосрочным мостом в взрывном росте центров обработки данных, с более долгосрочной перспективы изобилие энергии не решается путем добычи топлива, а путем захвата энергии. Энергия, которую Солнце передает Земле, превышает потребление человечества на несколько порядков. Ограничение не в доступности, а в преобразовании, хранении и развертывании.

Солнечная энергия не является мгновенным решением для потребностей в электроэнергии вычислительных мощностей, но она является окончательным решением.

В настоящее время коммерческая солнечная энергия захватывает около 22% падающей энергии. Каждое увеличение коэффициента преобразования снижает стоимость каждого мегаватта, приближая солнечную энергию к паритету с управляемыми источниками электроэнергии в системах BTM.

Батарейное хранение становится ключевым компонентом этой архитектуры. Это необходимо не только для сглаживания периодичности, но и как источник дохода. Арбитраж хранения и балансировка нагрузки превращают исторические центры затрат в источники прибыли для операторов BTM.

В этом аргументе победителями являются вертикально интегрированные компании, охватывающие захват, хранение и распределение: специализированные разработчики солнечной энергии с контрактами на BTM, производители батарей с продуктами на уровне сетей и объектов, а также немногие операторы, способные сочетать собственную генерацию и размещение вычислительных мощностей.

Солнечная энергия — это игра на закупку и производство, батареи — это уровень ограничений и монетизации, интегрирующий прибыль от захвата; передовые технологии остаются опционами, а не базовыми сценариями. В этом плане Tesla может продолжать быть большим победителем, но я выберу ограничиться не консенсусными активами.

Аргумент 5: Охлаждение становится первичным ограничением, двухфазное прямое液冷ение (D2C) станет необходимым в передовых приложениях

Еще одним последствием является возникновение технологий двухфазного прямого液冷ения. Откровенно говоря, этот аргумент также включает мою собственную оценку: плотность мощности чипов растет по параболической траектории, что представляет собой все более сложную термодинамическую проблему. Традиционное воздушное охлаждение является несовместимым по многим причинам, главной из которых является то, что оно не работает на чипах с более высокой плотностью, учитывая проблемы с потреблением воды и электроэнергии.

Во-первых, охлаждение D2C увеличивает плотность и производительность без ограничений управления теплотой — это ключевая проблема масштабирования. Текущая рыночная реальность состоит в том, что однофазное охлаждение доминирует, потому что оно проще: холодная вода циркулирует через охладительные пластины, охлаждая чипы, но имеет известный предел. Когда плотность мощности чипа превышает 1500 Вт, переход на двухфазное охлаждение станет неизбежным. Двухфазное охлаждение будет перекачивать диэлектрическую жидкость вокруг чипа, спроектированную для кипения при низкой температуре — переход из жидкого состояния в газообразное значительно повышает эффективность охлаждения.

Двухфазное охлаждение может снизить потребление энергии на 20% и уменьшить потребление воды на 48%. Этот прирост производительности позволяет более плотной упаковке чипов, повышая производительность и, в конечном итоге, создавая больший спрос на высокопроизводительное охлаждение.

Ведущая компания в области двухфазного DTC, Zutacore, продемонстрировала использование диэлектрической жидкости (вместо воды) в двухфазном D2C охлаждении, что снизило потребление энергии на 82% и полностью устранило потребление воды — этот результат был подтвержден исследованиями Vertiv и Intel. Zutacore является частным оператором, на который стоит обратить внимание; более того, детальное изучение поставщиков диэлектрических жидкостей также может быть ценным.

Аргумент 6: Ядерная энергия может стать мостом к изобилию энергии и стабильному электроснабжению, но не является долгосрочным ответом на проблему энергетического расширения

При написании этой статьи я изначально полагал, что ядерная энергия — хороший способ заполнить краткосрочные пробелы в нехватке энергии. Реальность такова, что стоимость развертывания маломодульных реакторов (SMR) в 5-10 раз превышает стоимость сопоставимых систем на природном газе (от 10,000 до 15,000 долларов за киловатт), что фактически делает их невозможными для массового развертывания и расширения.

Ядерная энергия решает проблемы надежности, а не скорости или стоимости — особенно при установке BTM. Это позволяет предоставлять стабильную, управляемую базовую нагрузку электроэнергии в ситуациях, где надежность является непременным условием. Таким образом, ядерная энергия играет свою роль в проблеме нехватки энергии, выступая в качестве моста, а не основного источника.

Ядерная энергия ограничена топливным циклом и временем строительства. Современные реакторы требуют высокообогащенного низкоконцентрированного урана (HALEU), а это топливо сегодня практически не производится в коммерческих объемах. Даже если реактор будет построен, вопрос о том, сможет ли он получить топливо, станет ключевым ограничением скорости расширения ядерной энергетики.

Следовательно, маловероятно, что ядерная энергия станет краеугольным решением для расширения энергетических ресурсов — она медленно выходит на рынок, требует много капитала и ограничивается инфраструктурой и топливом. На контрасте, системы, которые расширяются быстрее всего — в краткосрочной перспективе это природный газ, а в долгосрочной — солнечная энергия и хранение, — это варианты, которые могут сократить разрыв.

Инвестиционные узкие места не в реакторах, а в топливе. По мере роста спроса на SMR, обогащение урана высокой степени станет ключевым звеном — узким местом, не связанным с конкретным типом реактора, так как независимо от того, какая проектировка в конечном итоге победит, ценность будет накапливаться здесь.

Аргумент 7: Появление нового класса энергетических инфраструктурных групп; вертикальные интеграторы будут превращать электронику в вычислительные мощности

Узкое место в инфраструктуре AI не только в энергии, но и в способности массово преобразовывать энергию в доступные вычислительные мощности.

В 1970-х годах, как и с электроэнергией, нефть не была дефицитом, но проблемы с ее переработкой и распределением были значительными. Рокфеллер создал компанию, объединив добычу, переработку и распределение нефти по домохозяйствам, что стало одной из крупнейших компаний в истории (Стандартная нефть).

Умная революция следует той же модели; электроэнергия — это сырая нефть. Электричества достаточно, но надежное преобразование электроэнергии в вычислительные мощности ограничено в области передачи энергии, охлаждения, соединения и лицензирования. Очистка электроники — это и есть истинная ценность. Каждое увеличение уровня владения повышает надежность, снижает затраты и создает пространство для прибыли, что делает вертикальную интеграцию самоусиливающейся.

Гипермасштабные предприятия являются распределительным уровнем этой системы и конечными потребителями вычислительных мощностей. Тем не менее, структурная возможность заключается в владении инфраструктурой, которую дистрибьюторы вынуждены приобретать. Это создает новый класс энергетических инфраструктурных групп, которые объединяют генерацию, преобразование, охлаждение и размещение.

Самое четкое выражение этого — вертикально интегрированные операторы на частном рынке, такие как Crusoe и Lancium, а также нативные вычислительные платформы на публичном рынке, такие как Iren и Core Scientific, которые уже владеют самыми трудными для воспроизведения активами; энергией.

Компании, контролирующие поток электроники к стойкам, строят самые глубокие конкурентные преимущества в экономике AI. Программное обеспечение не может заменить физическую инфраструктуру.