Розширення штучного інтелекту руйнує електромережі: 7 енергетичних інвестиційних логік, які потрібно знати

Енергія — це справжня перешкода для інтелектуального зростання.

Автор: Joseph Ayoub

Переклад: 深潮 TechFlow

**深潮导读：**Усі говорять про обчислювальну потужність та моделі, але ця стаття ставить більш фундаментальне питання: чи встигає постачання енергії? Morgan Stanley прогнозує, що до 2028 року в США виникне дефіцит електроенергії в 45 ГВт, терміни доставки великих трансформаторів вже досягли 24-36 місяців, а споживання електроенергії в AI-центрах зростає на 15% щороку. Автор виводить 7 інвестиційних логік — від розподілу електромереж до твердотільних трансформаторів і двофазного охолодження, кут зору незвичний, але критично важливий.

Повний текст нижче:

NVIDIA нещодавно випустила рамки “AI — це п’ятиквартирний пиріг”. Сьогодні я хочу довести, що енергетичний рівень — це обмеження для інтелектуального зростання, і розглянути його наслідки.

Прогрес людської цивілізації — це результат нашої здатності керувати інструментами — будь то молоток, вогонь, коні, друкарський верстат, телефон, лампочка, парова машина, радіо чи AI. Ці “інструменти” є способом, яким людство перетворює енергію на продуктивність.

По суті, саме шляхом захоплення енергії та використання інструментів для її направлення на цілі ми підвищуємо людську продуктивність.

Коротко кажучи, основна логіка прогресу людської цивілізації виглядає так:

Протягом більшої частини історії людства ми покладалися на енергію людського тіла та руки як на інструменти для досягнення цілей, будь то землеробство чи письмова діяльність. Друкарський верстат є класичним прикладом того, як енергія та інструменти прогресують разом — він був популяризований Гутенбергом у 1440 році. До цієї інновації людство витрачало свою енергію, пишучи інформацію від руки (інструментом), що було надзвичайно неефективно. Друкарський верстат інновував нові інструменти, значно підвищуючи ефективність використання людської енергії через механічний друк тексту, внаслідок чого продуктивність зросла на кілька порядків. Проте з 1450 по 1800 рік, протягом майже 350 років, друкарський верстат майже не зазнав суттєвих інновацій. Лише після того, як людство оволоділо потужнішими джерелами енергії — вугіллям, змінилося енергетичне співвідношення. У 1814 році Фрідріх Кеніг винайшов паровий друкарський верстат, адаптувавши його до тодішніх енергетичних інновацій — вугілля, що підвищило ефективність у 5 разів. Після цього друкарський верстат продовжував ефективно адаптуватися до нових джерел енергії, збільшуючи виробництво з 250 примірників на годину до 30 000 примірників через 50 років, сьогодні вже до декількох мільйонів примірників.

Отже, постійна інновація нових інструментів, подолання меж управління енергією та підвищення ефективності нових інструментів відносно доступної енергії — це процес, що триває до сьогодні. Сьогодні інтелект є новою формою продуктивності, а енергія — його паливом. Ключ у тому, чи зможемо ми продовжувати стимулювати інтелектуальне зростання, залежить від того, скільки сталої, надійної енергії ми можемо виробляти для живлення інструментів (GPU) і як ми можемо направити її на досягнення мети (інтелекту).

Ця тема взаємопідтверджується шкалою Кардашева — яка вимірює рівень технологічного прогресу цивілізації за кількістю енергії, яку вона може контролювати, від планет до зірок, до галактик, до всесвіту, до мультивсесвітів. Скільки енергії ми можемо контролювати, відображає, наскільки далеко ми просунулися як цивілізація. Історично ця закономірність завжди існувала, і в майбутньому ситуація не зміниться. Здатність управляти енергією є основоположною для просування цивілізації.

Основна теза цієї статті полягає в тому, що попит на енергію швидко перевищує пропозицію, і це є головною перешкодою для просування інтелекту. Я розгляну перші та другі наслідки цієї тези.

Чому постачання енергії сповільнюється?

Відкриття ядерного поділу в 1939 році стало останнім значним зрушенням в енергетичній сфері з моменту виникнення людської цивілізації. Проте через аварію на Чорнобильській АЕС та глобальне зобов’язання до переходу на відновлювальні джерела енергії з 1950 року між інноваціями інструментів та прогресом енергії виникла очевидна невідповідність. У 1950 році світове виробництво енергії становило 2600 ГВт, сьогодні — 19000 ГВт (зростання в 7,3 рази). Це виглядає як стрибок, але цей поступовий лінійний ріст далеко не відповідає зростанню сучасних обчислень та технологій, і навіть з лишком перевищує зростання населення, яке за той же період склало 3,5 рази.

У порівнянні, інтервали між інноваціями в інструментах скорочуються. Від першого друкарського верстата до його наступного значного вдосконалення пройшло 364 роки, від перших польотів до космічних подорожей — 58 років, від першого мікропроцесора до Інтернету — 20 років, а сьогодні значні стрибки в GPU відбуваються кожні 2 роки. Ми живемо в епоху, коли ефективність інструментів зростає з прискоренням, так що декілька інновацій накладаються одна на одну в постійно прискорюваних циклах. Від AI до криптографії до квантових обчислень — швидкість відкриття нових інновацій зростає, а також темпи прогресу в ефективності — це є закономірністю прискорених віддач.

Сьогодні центри обробки даних займають 1,5% світового споживання електроенергії, і прогнозується, що до 2030 року цей показник досягне 3% — за 6 років це те, що парова машина пройшла за 50 років. Ключова відмінність між промисловою революцією та поточним вибухом інтелекту полягає в тому, що промислова революція одночасно зростала в попиті і будувала власне постачання енергії — шахти, канали, залізничні мережі і машини, які їх споживали, розширювалися одночасно. Кожна попередня енергетична революція створювала свої ланцюги постачання під час масштабного розширення; AI успадковує вже існуючу ланцюг постачання, яка почала розпадатися.

Електромережа абсолютно не готова до щорічного зростання споживання електроенергії на 15% внаслідок вибуху інтелекту, тоді як попит на електроенергію в США за останнє десятиліття майже не зріс. Тріщини вже почали з’являтися в США: черги на підключення до електромережі досягли історичного максимуму, терміни доставки великих трансформаторів в середньому досягли 24-36 місяців, а до 2025 року електротрансформатори зіткнуться з дефіцитом у 30%. Morgan Stanley оцінює, що лише в США до 2028 року виникне дефіцит електроенергії в 45 ГВт, що еквівалентно споживанню електроенергії 33 мільйонів американських домогосподарств. Я вважаю, що цей дефіцит може бути значно більшим.

Питання ясне: людству потрібно радикально розширити масштаби енергії, щоб встигнути за інноваціями в таких сферах, як AI, робототехніка, автономне водіння тощо.

Невдовзі дефіцит енергії: перші та другі наслідки

Наслідки невдовзі дефіциту енергії мають історичне значення: зі зростанням попиту на енергію та її недостатньою пропозицією ми можемо спостерігати появу напівприватизованого енергетичного ринку.

Гіперскейлери (Hyperscaler) вже почали будувати власні генераційні установки (BTM) і планують розширитися до ядерних центров обробки даних, ця тенденція вже помітна. Я вірю, що ця тенденція лише посилиться.

Далі я наведу 7 аргументів, які є похідними від вибуху інтелекту та його впливу на постійний дефіцит електроенергії.

Аргумент 1: розподіл електромережі — обчислювальна потужність буде переміщуватися до енергії, а не навпаки

У регіонах з високим попитом на обчислювальну потужність енергія в достатній кількості та регуляторні умови, що сприяють розвитку, отримають непропорційно велику цінність у міру розпаду енергетичних систем.

Коли попит на енергію почне перевищувати пропозицію, електроенергія стане політично чутливою. Родини мають право голосу, центри обробки даних — ні. У ситуації дефіциту електроенергії електромережа навряд чи залишиться нейтральною, а скоріше через ціноутворення, обмеження доступу або м’які верхні межі, ставитиме потребу в електроенергії для побутових потреб вище промислових.

Оскільки обчислювальна потужність є надзвичайно чутливою до затримок, часу роботи та надійності, працювати в юрисдикціях, які в першу чергу забезпечують електрику для домогосподарств, абсолютно неможливо. У міру того, як доступ до електромережі стає нестабільним чи політизованим, обчислювальні навантаження будуть переміщуватися до моделей генерації BTM, де електроенергія може бути безпосередньо гарантована, контролюється та ціноутворюється.

Це призведе до структурних змін: обчислювальна потужність буде переміщуватися до економік з достатньою енергією та сприятливим регулюванням. Переможцями будуть ті, хто зможе інтегрувати землю, з’єднання, енергетичну генерацію та оптоволокно в системи, що підлягають розгортанню та копіюванню; юрисдикції, в яких ці системи будуть розташовані, також отримають вигоду.

Аргумент 2: енергія стає конкурентною перевагою, BTM генерація стає основною можливістю для постачальників обчислювальної потужності

На мій погляд, це найважливіший перший вплив посилення енергетичного дефіциту. У світі, де попит на енергію перевищує її пропозицію, отримання дешевої і надійної електроенергії є структурною перевагою з компаундним зростанням з часом. Більше того, пріоритетне використання електроенергії з електромережі центрами обробки даних у політичному плані є нездійсненним, і це саме той шлях, яким зараз йде енергія. Зростаюча напруга в національних електричних мережах змусить постачальників обчислювальної потужності розвивати власну генерацію, гіперскейлери вже почали цю тенденцію. Інфраструктура без BTM генерації буде безпосередньо виведена з гри.

По суті, виграють компанії, які мають електроенергію, а програють ті, хто її орендує. Без BTM генерації постачальники обчислювальної потужності зіткнуться з проблемами надійності електроенергії (фатальними), зростанням витрат та обмеженням споживання електроенергії. Чисті орендовані REIT (такі як Equinix, Digital Realty) без власної генерації електроенергії втратять свою вартість у порівнянні з вертикально інтегрованими операторами. Компанії, що поєднують генерацію енергії та обробку обчислювальної потужності, будують найглибші конкурентні переваги (Crusoe, Iren та деякі гіперскейлери). Це можна висловити як дюжину угод, але я більше схиляюся до підкреслення переможців вертикальної інтеграції.

Аргумент 3: стандартизація BTM стимулює інновації — від традиційних трансформаторів до твердотільних трансформаторів, від традиційних вимикачів до цифрових вимикачів

Традиційні трансформатори підвищують або знижують напругу в електричних мережах. Через свій розмір і матеріали терміни доставки вже досягли 24-36 місяців, а дефіцит становить 30%. Вони також є технологією, що виникла в 80-х роках 19 століття, виробляються вручну з обмежених матеріалів. Ключ у тому, що кожен мегават BTM генерації має бути перетворений, відрегульований та доставлений до обчислювальної потужності, і немає жодного способу обійти трансформатори.

Твердотільні трансформатори замінили все це високочастотними електронними пристроями. Вони менші, швидші, повністю керовані, виконують перетворення змінного струму на постійний, регулювання напруги та двосторонній струм в одному блоці. Виробництво також простіше, оскільки використовуються кремнієві напівпровідники, такі як карбід кремнію/нітрид галюнію, а не величезні мідні котушки та масляні резервуари. Оскільки BTM стає стандартною архітектурою, пристрій між енергією та обчислювальною потужністю стає вузьким місцем, цим пристроєм є твердотільний трансформатор (SST).

Вимикачі також стикаються з затримкою у 80 тижнів, вони є контролюючим рівнем між генерацією електроенергії та навантаженням, відповідальними за маршрутизацію електрики, ізоляцію відмов та захист системи. Як і трансформатори, вимикачі також є трудомісткими продуктами, які виробляються з обмежених матеріалів і з тих пір, як 80-ті роки 19 століття, майже не зазнали змін.

Цифрові вимикачі замінили все це твердотільними електронними пристроями. Вони швидші, програмовані, повністю керовані, реалізують виявлення відмов у режимі реального часу, дистанційне відключення та динамічну маршрутизацію навантаження. Не менш важливо, що вони масштабуються як електронні продукти, а не промислові пристрої.

Щодо міді: я маю конструктивний погляд на мідь. Мідь є швидкісною трасою для електроніки і стане основною сировиною, необхідною у дедалі електрифікованому світі. Проте спосіб вираження цієї угоди є тонким — традиційні гірничодобувні компанії мають низькі маржі та можуть зменшитися з часом. Але на кінцевому етапі, де мідь є незамінною та обмеженою, існують значні вузькі місця та простір для накопичення вартості в майбутньому. Такі виробники кабелів, як Prysmian та Nexans, продають обмеження готової продукції, а не сировини, оскільки терміни доставки трансформаторів значно подовжилися; це вже не товарний ринок.

Аргумент 4: Вуглецеві витрати AI стають політично все більш неприпустимими, що змусить перейти на рішення на основі сонячної енергії та акумуляторів

В будівництві AI є незакладена вартість вуглецю, що є політичним обмеженням. Центри обробки даних підвищують ціни на електроенергію, масово споживають водні ресурси, збільшують місцеві викиди. Це вже проявилося: проекти на 18 мільярдів доларів були повністю скасовані, проекти на 46 мільярдів доларів відкладені.

Сьогодні близько 56% електроенергії для центрів обробки даних постачається з викопних джерел. Природний газ вирішив питання швидкості розгортання, але політично є вразливим. У міру розширення попиту, опір розширенню викопної енергії зростає, змушуючи формувати найближчим часом змішану систему з природного газу, ядерної та відновлювальної енергії.

Хоча природний газ виконує роль тимчасового мосту в бурхливому зростанні центрів обробки даних, з більшої перспективи енергетична достатність не вирішується видобутком пального, а захопленням енергії. Сонце постачає енергії на Землю на кілька порядків більше, ніж людство споживає. Обмеження не в доступності, а в перетворенні, зберіганні та розгортанні.

Сонячна енергія не є миттєвим рішенням для потреб обчислювальної потужності, а є остаточним рішенням.

Сучасні комерційні сонячні системи захоплюють близько 22% падаючої енергії. Кожен відсоток підвищення ефективності знижує вартість за мегават, наближаючи сонячну енергію до паритету з регульованою генерацією в системах BTM.

Акумуляторне зберігання стає основним компонентом цієї архітектури. Це не тільки для згладжування перерв, а й як шар прибутків. Арбітраж зберігання та балансування навантаження перетворять історичні центри витрат на джерела прибутку для операторів BTM.

У цьому аргументі виграють вертикально інтегровані компанії, що покривають захоплення, зберігання та розподіл: спеціалізовані сонячні розробники з контрактами BTM, виробники акумуляторів з продуктами на рівні електромережі та місць, а також невелика кількість операторів, які можуть об’єднати власну генерацію з обробкою обчислювальної потужності.

Сонячна енергія — це гра на закупівлю та виробництво, акумулятори є обмеженням та реалізацією, інтегруючи прибутки від захоплення, передові технології залишаються опцією, а не базовим сценарієм. У цьому аспекті Tesla, ймовірно, залишиться великим переможцем, але я виберу обмежити це не-консенсусними активами.

Аргумент 5: охолодження стає первинним обмеженням, двофазне пряме рідинне охолодження (D2C) стане обов’язковим у передових застосуваннях

Ще один наслідок — це підйом технології двофазного прямого рідинного охолодження. Чесно кажучи, цей аргумент також містить моє власне судження: щільність потужності чіпів зростає за параболічною траєкторією, що є все більш складною термодинамічною проблемою. Традиційне повітряне охолодження є абсолютно неприпустимим з багатьох причин, головна з яких — воно не працює на чіпах з високою щільністю, плюс екологічні проблеми з водою та споживанням електрики.

По-перше, D2C охолодження просуває щільність та продуктивність без обмежень на управління теплом — це критична проблема для розширення. Поточна ринкова реальність — це домінування однофазного охолодження, оскільки воно простіше: охолоджена вода проходить через охолоджуючі плити, охолоджуючи чіпи, але має відомі обмеження. Коли щільність потужності чіпа перевищує 1500 Вт, перехід на двофазне охолодження стане неминучим. Двофазне охолодження закачуватиме діелектричну рідину навколо чіпа, спроектовану так, щоб кипіти при низьких температурах — фаза переходу з рідкого в газоподібний значно підвищує ефективність охолодження.

Двофазне охолодження може знизити споживання енергії на 20%, а кількість води — на 48%. Це підвищення продуктивності дозволяє більш щільній упаковці чіпів підвищити продуктивність, що, зрештою, призведе до більшого попиту на охолодження високої продуктивності.

Ведуча двофазна DTC компанія Zutacore продемонструвала використання діелектричної рідини (а не води) у двофазному D2C охолодженні, що знизило споживання енергії на 82% і абсолютно усунуло витрати на воду — цей результат був підтверджений дослідженнями Vertiv та Intel. Zutacore є приватним оператором, на який слід звернути увагу в цій сфері; більше того, дослідження постачальників діелектричних рідин також може бути цінним.

Аргумент 6: ядерна енергія може стати мостом до енергетичної достатності та стабільності постачання, але не є довгостроковим рішенням для розширення енергії

Під час написання цієї статті я спочатку вважав, що ядерна енергія є хорошим способом заповнити короткочасну прогалину в постачанні енергії. Реальність така, що вартість розгортання малих модульних реакторів (SMR) в 5-10 разів перевищує вартість систем на природному газі (10-15 тисяч доларів за кіловат), і фактично не може бути розгорнута і розширена в масштабах.

Ядерна енергія вирішує проблему надійності, а не швидкості чи вартості — особливо під час встановлення BTM. Це дозволяє забезпечити стабільну, регульовану базову навантажену електроенергію у випадках, де надійність є критично важливою. Отже, ядерна енергія має свою роль у дефіциті енергії, як міст, а не як основне постачання.

Ядерна енергія обмежена паливним циклом та часом будівництва. Сьогодні сучасні реактори потребують високозбагаченого урану (HALEU), а це паливо на сьогоднішній день майже не має комерційного постачання. Навіть після завершення будівництва реактора, чи зможуть його забезпечити паливом, стане ключовим обмеженням швидкості розширення ядерної енергії.

Отже, ядерна енергія навряд чи стане граничним рішенням для розширення енергії — вона повільно виходить на ринок, є капіталомісткою та залежить від інфраструктури та пального. Натомість системи, що швидко розширюються — в даний час це природний газ, в довгостроковій перспективі — сонячна енергія та зберігання енергії — є варіантами для звуження розриву.

Інвестиційне вузьке місце не в реакторах, а в паливі. У міру зростання попиту на SMR високозбагачений уран стане ключовою ланкою — вузьким місцем, яке не залежить від конкретного типу реактора; незалежно від того, який дизайн зрештою переможе, цінність буде накопичуватися тут.

Аргумент 7: виникає нова група енергетичної інфраструктури; вертикальні інтегратори перетворюють електроніку на обчислювальні потужності

Вузьке місце інфраструктури AI полягає не лише в енергії, але і в можливостях великомасштабного перетворення енергії на доступне обчислення.

У 1970-х роках, як і з електрикою, нафта не була дефіцитною, але проблеми з переробкою та розподілом були. Рокфеллер створив компанію, вертикально інтегруючи видобуток нафти, її переробку та розподіл до домогосподарств, що стало однією з найбільших компаній в історії (Standard Oil).

Інтелектуальна революція дотримується того ж шаблону: електрика — це нафта. Електрики достатньо, але надійно перетворити електрику на обчислювальні потужності є обмеження в постачанні, охолодженні, з’єднанні та ліцензуванні. Очищення електроніки є цінністю. Кожен додатковий рівень власності підвищує надійність, знижує витрати та створює простір для прибутку, що посилює вертикальну інтеграцію.

Гіперскейлери є розподільним шаром цієї системи та кінцевими споживачами обчислювальної потужності. Проте структурна можливість полягає в інфраструктурі, яку змушені купувати дистриб’ютори. Це створює новий клас групи енергетичної інфраструктури, яка контролює генерацію, перетворення, охолодження та хостинг.

Найчіткішим вираженням є вертикально інтегровані оператори на приватному ринку, такі як Crusoe та Lancium, а також на публічному ринку корінні обчислювальні платформи, такі як Iren і Core Scientific, які вже володіють найскладнішими для відтворення компонентами; енергією.

Контроль електронного потоку до шафок є компаніями, які створюють найглибші конкурентні переваги в економіці AI. Програмне забезпечення не може поглинути фізичну інфраструктуру.