La inteligencia fabricado se ha vuelto trascendental en las transacciones comerciales y financieras, la atención médica, el incremento tecnológico, la investigación y mucho más. Sin darse cuenta, los consumidores confían en la IA cuando transmiten un vídeo, realizan operaciones bancarias en radio o realizan una búsqueda en radio. Detrás de estas capacidades hay más de 10.000 centros de datos en todo el mundo, cada uno de los cuales es un enorme almacén que contiene miles de servidores informáticos y otra infraestructura para juntar, tramitar y procesar datos. En la contemporaneidad hay más de 5.000 centros de datos en Estados Unidos, y cada día se construyen otros nuevos, en Estados Unidos y en todo el mundo. A menudo, decenas de ellas se agrupan cerca de donde vive la gentío, atraídas por políticas que ofrecen exenciones fiscales y otros incentivos, y por lo que parece ser exuberante electricidad.
Y los centros de datos consumen enormes cantidades de electricidad. Los centros de datos estadounidenses consumieron más del 4 por ciento de la electricidad total del país en 2023, y para 2030 esa fracción podría aumentar al 9 por ciento, según el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica. Un único centro de datos conspicuo puede consumir tanta electricidad como 50.000 hogares.
La repentina privación de tantos centros de datos presenta un desafío enorme para las industrias de tecnología y energía, los formuladores de políticas gubernamentales y los consumidores cotidianos. Los investigadores científicos y profesores de la Iniciativa Energética del MIT (MITEI) están explorando múltiples facetas de este problema, desde el almacenamiento de energía hasta la alivio de la red, pasando por herramientas analíticas que aumentan la eficiencia y más. Los centros de datos se han convertido rápidamente en el problema energético de nuestros días.
La demanda inesperada trae soluciones inesperadas
Varios Las empresas que utilizan centros de datos para proporcionar servicios de encargo de datos y computación en la cirro están anunciando algunos pasos sorprendentes para suministrar toda esa electricidad. Las propuestas incluyen construir sus propias pequeñas plantas nucleares cerca de sus centros de datos e incluso reiniciar uno de los reactores nucleares intactos en Three Mile Island, que ha estado cerrado desde 2019 (un reactor diferente en esa planta se fundió parcialmente en 1979, lo que provocó la peor ataque del país). suerte de energía nuclear.) La privación de suministrar la IA ya está provocando retrasos en el suspensión planificado de algunas centrales eléctricas alimentadas con carbón y aumentando los precios para los consumidores residenciales. Satisfacer las deposición de los centros de datos no sólo está poniendo a prueba las redes eléctricas, sino asimismo retrasando la transición a la energía limpia necesaria para detener el cambio climático.
Hay muchos aspectos del problema del centro de datos desde una perspectiva energética. A continuación se muestran algunos en los que se están centrando los investigadores del MIT y por qué son importantes.
Un aumento sin precedentes en la demanda de electricidad
«En el pasado, la informática no consumía una cantidad significativa de electricidad», dice William H. Green, director del MITEI y profesor Hoyt C. Hottel en el Área de Ingeniería Química del MIT. “La electricidad se utilizó para ejecutar procesos industriales y suministrar dispositivos domésticos como aires acondicionados y luces, y más recientemente para suministrar bombas de calor y cargar automóviles eléctricos. Pero ahora, de repente, la electricidad utilizada para la informática en universal, y para los centros de datos en particular, se está convirtiendo en una nueva demanda gigantesca que nadie anticipó”.
¿A qué se debe la error de previsión? Por lo universal, la demanda de energía eléctrica aumenta aproximadamente medio punto porcentual al año y las empresas de servicios públicos incorporan nuevos generadores de energía y realizan otras inversiones según sea necesario para satisfacer la nueva demanda esperada. Pero los centros de datos que ahora están en radio están creando saltos sin precedentes en la demanda que los operadores no vieron venir. Encima, la nueva demanda es constante. Es fundamental que un centro de datos brinde sus servicios todo el día, todos los días. No puede acaecer interrupciones en el procesamiento de grandes conjuntos de datos, el golpe a los datos almacenados y el funcionamiento del equipo de refrigeración necesario para apoyar todas las computadoras empaquetadas funcionando sin sobrecalentarse.
Encima, incluso si se genera suficiente electricidad, llevarla a donde se necesita puede ser un problema, explica Deepjyoti Deka, investigador irrefutable del MITEI. «Una red es una operación que albarca toda la red, y el cirujano de la red puede tener suficiente engendramiento en otro circunstancia o incluso en otro circunstancia del país, pero los cables pueden no tener suficiente capacidad para transportar la electricidad a donde se desea». Por lo tanto, es necesario ampliar la capacidad de transmisión y, según Deka, se negociación de un proceso gradual.
Luego está la «rabo de interconexión». A veces, adicionar un nuevo becario (una “carga”) o un nuevo alternador a una red existente puede causar inestabilidades u otros problemas para todos los que ya están en la red. En esa situación, es posible que se retrase la puesta en radio de un nuevo centro de datos. Si hay retrasos suficientes, las nuevas cargas o los generadores tendrán que hacer rabo y esperar su turno. Ahora mismo, gran parte de la rabo de interconexión ya está llena con nuevos proyectos solares y eólicos. El retraso es ahora de unos cinco abriles. Satisfacer la demanda de los centros de datos recién instalados y al mismo tiempo respaldar que la calidad del servicio en otros lugares no se vea obstaculizada es un problema que debe abordarse.
Encontrar fuentes de electricidad limpias
Para complicar aún más el desafío, muchas empresas (incluidas las llamadas “hiperescaladoras” como Google, Microsoft y Amazon) se han comprometido públicamente a tener emisiones netas de carbono cero en los próximos 10 abriles. Muchos han reformista cerca de el logro de sus objetivos de energía limpia mediante la firma de “acuerdos de transacción de energía”. Firman un arreglo para comprar electricidad, por ejemplo, de una instalación solar o eólica, y en ocasiones proporcionan financiación para la construcción de la instalación. Pero ese enfoque para conseguir a energía limpia tiene sus límites cuando se enfrenta a la demanda extrema de electricidad de un centro de datos.
Mientras tanto, el creciente consumo de energía está retrasando el suspensión de plantas de carbón en muchos estados. Simplemente no hay suficientes fuentes de energía renovable para atender tanto a los hiperescaladores como a los usuarios existentes, incluidos los consumidores individuales. Como resultado, las plantas convencionales alimentadas con combustibles fósiles como el carbón son más necesarias que nunca.
A medida que los hiperescaladores buscan fuentes de energía limpia para sus centros de datos, una opción podría ser construir sus propias instalaciones eólicas y solares. Pero tales instalaciones generarían electricidad sólo de forma intermitente. Dada la privación de energía ininterrumpida, el centro de datos tendría que apoyar unidades de almacenamiento de energía, que son costosas. En su circunstancia, podrían obedecer de generadores de gas natural o diésel como energía de respaldo, pero esos dispositivos tendrían que combinarse con equipos para capturar las emisiones de carbono, encima de un sitio cercano para eliminar permanentemente el carbono capturado.
Conveniente a tales complicaciones, varios de los hiperescaladores están recurriendo a la energía nuclear. Como señala Green, “la energía nuclear se adapta correctamente a la demanda de los centros de datos, porque las plantas nucleares pueden ocasionar mucha energía de modo confiable y sin interrupciones”.
En una medida muy publicitada en septiembre, Microsoft firmó un acuerdo para comprar energía durante 20 abriles posteriormente de que Constellation Energy reabra uno de los reactores intactos en su planta nuclear ahora cerrada en Three Mile Island, el circunstancia del muy publicitado suerte nuclear en 1979. Si los reguladores lo aprueban, Constellation pondrá en funcionamiento ese reactor para 2028, y Microsoft comprará toda la energía que produzca. Amazon asimismo llegó a un acuerdo para comprar energía producida por otra planta nuclear amenazada de suspensión conveniente a problemas financieros. Y a principios de diciembre, Meta publicó una solicitud de propuestas para identificar desarrolladores de energía nuclear para ayudar a la empresa a satisfacer sus deposición de IA y sus objetivos de sostenibilidad.
Otras noticiero nucleares se centran en pequeños reactores nucleares modulares (SMR), plantas de energía modulares construidas en fábricas que podrían instalarse cerca de centros de datos, potencialmente sin los sobrecostos y retrasos que a menudo se experimentan en la construcción de grandes plantas. Google encargó recientemente una flota de SMR para ocasionar la energía que necesitan sus centros de datos. El primero estará terminado en 2030 y el resto en 2035.
Algunos hiperescaladores están apostando por las nuevas tecnologías. Por ejemplo, Google está llevando a extremo proyectos geotérmicos de próxima engendramiento y Microsoft ha firmado un arreglo para comprar electricidad de una planta de energía de fusión de una startup a partir de 2028, aunque la tecnología de fusión aún no se ha demostrado.
Achicar la demanda de electricidad
Otros enfoques para proporcionar suficiente electricidad limpia se centran en hacer que el centro de datos y las operaciones que alberga sean más eficientes energéticamente para realizar las mismas tareas informáticas utilizando menos energía. El uso de chips informáticos más rápidos y la optimización de algoritmos que utilizan menos energía ya están ayudando a estrechar la carga, y asimismo el calor generado.
Otra idea que se está probando implica trasladar las tareas informáticas a momentos y lugares donde haya energía franco de carbono arreglado en la red. Deka explica: “Si una tarea no tiene que completarse de inmediato, sino ayer de una momento confín determinada, ¿se puede retrasar o trasladar a un centro de datos en otro circunstancia de EE. UU. o en el extranjero, donde la electricidad es más exuberante, más permuta y/o más permuta? ¿detergente? Este enfoque se conoce como ‘computación consciente del carbono’”. Aún no estamos seguros de si cada tarea se puede posponer o retrasar fácilmente, dice Deka. “Si piensas en una tarea generativa basada en IA, ¿puede separarse fácilmente en pequeñas tareas que puedan hurtar a diferentes partes del país, resolverse utilizando energía limpia y luego retornar a unirse? ¿Cuál es el costo de hacer este tipo de división de tareas?”
Por supuesto, este enfoque está constreñido por el problema de la rabo de interconexión. Es difícil conseguir a energía limpia en otra región o estado. Pero se están realizando esfuerzos para flexibilizar el ámbito regulatorio para respaldar que las interconexiones críticas puedan desarrollarse más rápida y fácilmente.
¿Qué pasa con los vecinos?
Una preocupación importante que atraviesa todas las opciones para suministrar centros de datos es el impacto en los consumidores de energía residencial. Cuando un centro de datos llega a un vecindario, no sólo surgen preocupaciones estéticas sino asimismo preocupaciones más prácticas. ¿Se volverá menos confiable el servicio eléctrico circunscrito? ¿Dónde se ubicarán las nuevas líneas de transmisión? ¿Y quién pagará por los nuevos generadores, las actualizaciones de los equipos existentes, etc.? Cuando se instalan nuevas instalaciones manufactureras o plantas industriales en un vecindario, las desventajas generalmente se compensan con la disponibilidad de nuevos empleos. No ocurre lo mismo con un centro de datos, que puede requerir sólo un par de docenas de empleados.
Existen reglas habitual sobre cómo se comparten y asignan los costos de mantenimiento y puesta al día. Pero la situación cambia totalmente con la presencia de un nuevo centro de datos. Como resultado, las empresas de servicios públicos ahora necesitan repensar sus estructuras tarifarias tradicionales para no imponer una carga indebida a los residentes para fertilizar los cambios de infraestructura necesarios para abrigar los centros de datos.
Las contribuciones del MIT
En el MIT, los investigadores están pensando y explorando una variedad de opciones para afrontar el problema de proporcionar energía limpia a los centros de datos. Por ejemplo, están investigando diseños arquitectónicos que utilizarán ventilación natural para entregar la refrigeración, diseños de equipos que permitirán un mejor flujo de corriente y distribución de energía, y sistemas de corriente acondicionado de ingreso eficiencia energética basados en materiales novedosos. Están creando nuevas herramientas analíticas para evaluar el impacto de las implementaciones de centros de datos en el sistema eléctrico de EE. UU. y para encontrar las formas más eficientes de proporcionar energía limpia a las instalaciones. Otros trabajos analizan cómo adaptar la producción de pequeños reactores nucleares a las deposición de un centro de datos y cómo acelerar la construcción de dichos reactores.
Los equipos del MIT asimismo se centran en determinar las mejores fuentes de energía de respaldo y almacenamiento de larga duración, y en desarrollar sistemas de apoyo a la toma de decisiones para ubicar los nuevos centros de datos propuestos, teniendo en cuenta la disponibilidad de energía eléctrica y agua y asimismo consideraciones regulatorias, e incluso el potencial. para utilizar lo que puede ser una importante cantidad de calor residual, por ejemplo, para calentar edificios cercanos. Los proyectos de incremento tecnológico incluyen el diseño de chips informáticos más rápidos y eficientes y de algoritmos informáticos con veterano eficiencia energética.
Encima de proporcionar liderazgo y financiación para muchos proyectos de investigación, el MITEI actúa como coordinador, reuniendo a empresas y partes interesadas para afrontar esta cuestión. En la Conferencia Anual de Investigación 2024 del MITEI, un panel de representantes de dos hiperescaladores y dos empresas que diseñan y construyen centros de datos discutieron juntos sus desafíos, posibles soluciones y dónde la investigación del MIT podría ser más beneficiosa.
A medida que se siguen construyendo centros de datos y la informática sigue creando un aumento sin precedentes en la demanda de electricidad, dice Green, los científicos e ingenieros están en una carrera para proporcionar las ideas, innovaciones y tecnologías que puedan satisfacer esta privación y, al mismo tiempo, tiempo seguir avanzando en la transición cerca de un sistema energético descarbonizado.