Der Stromverbrauch von Rechenzentren steigt stark an, künstliche Intelligenz bedroht das globale Energiesystem

Anmerkung des Herausgebers: Anfang des Jahres prognostizierte Musk, dass es in den kommenden Jahren zu Stromengpässen kommen werde, um den Bedarf von künstlicher Intelligenz und Elektrofahrzeugen zu decken. Er warnte davor, dass die gleichzeitige Entwicklung dieser Technologien Druck auf die bestehende Energieinfrastruktur ausüben werde und dass die Stromversorgung bis 2025 möglicherweise nicht mehr ausreichen werde, um die wachsende Zahl von Chips für künstliche Intelligenz mit Strom zu versorgen.

Der New Yorker hat außerdem berichtet, dass ChatGPT von OpenAI schätzungsweise täglich mehr als 500.000 Kilowattstunden Strom verbraucht, um auf die Anfragen von etwa 200 Millionen Benutzern täglich zu reagieren. Das ist mehr als das 17.000-fache des durchschnittlichen täglichen Energieverbrauchs US-amerikanischer Haushalte.

Bloomberg hat gerade einen Artikel geschrieben, in dem es heißt, dass in vielen Regionen der Welt der Strombedarf für Rechenzentren mit künstlicher Intelligenz stark angestiegen ist und bestehende lokale Energieanlagen ihren Strombedarf nicht mehr decken können. „Künstliche Intelligenz hat dem globalen Energiesystem ernsthaften Schaden zugefügt.“ ."

Das Folgende ist die vollständige Textübersetzung des Bloomberg-Berichts, zusammengestellt und übersetzt von Ai Faner.

Ursprünglicher Link: https://www.bloomberg.com/graphics/2024-ai-data-centers-power-grids/
Ursprünglicher Autor: Josh Saul, Leonardo Nicoletti, Saritha Rai, Dina Bass, Ian King und Jennifer Duggan

Wie ein Großteil Nord-Virginias war Loudoun County einst für seine Pferdefarmen und Schauplätze des amerikanischen Bürgerkriegs bekannt. Doch in den letzten 15 Jahren wurden viele Felder und Wälder der Gemeinde abgeholzt, um die Rechenzentren zu errichten, die das Rückgrat unseres digitalen Lebens bilden.

Nun treibt der Aufstieg der künstlichen Intelligenz die Nachfrage nach größeren Rechenzentren voran, verändert die Landschaft weiter und setzt das Energienetz der Region enorm unter Druck.

An einem sonnigen Nachmittag in diesem Frühjahr stand das neueste Rechenzentrum kurz vor der Fertigstellung. Nach seiner Fertigstellung wird das 200.000 Quadratmeter große Gebäude so viel Energie verbrauchen wie der tägliche Stromverbrauch von 30.000 US-Haushalten.

Aber zuerst muss es genug Strom bekommen …

Der Rechenzentrumsanbieter DataBank, dem das Rechenzentrum in Virginia gehört, benötigt dringend Energie. Ein namentlich nicht genannter „Big Tech“-Kunde mietete ein komplettes Rechenzentrum und wollte das Rechenzentrum so sehr nutzen, um Rechenressourcen für Anwendungen der künstlichen Intelligenz zu erhalten, dass er eine Installation im Gebäude installierte, bevor DataBank plante, es mit Strom zu versorgen.

„Das ist das Problem mit künstlicher Intelligenz. Sie brauchen viel Leistung, und sobald man sie hat, wollen sie sie sofort“, sagte James Mathes, der einen Teil der DataBank-Einrichtungen verwaltet. „Im Moment ist künstliche Intelligenz wie ein Blankoscheck.“

Laut Interviews mit Rechenzentrumsbetreibern, Energieversorgern und Technologiemanagern hat der Strombedarf von Rechenzentren in vielen Teilen der Welt fast über Nacht die bestehende Stromversorgung übertroffen. Diese Dynamik hat dazu geführt, dass Unternehmen jahrelang auf den Anschluss an das Stromnetz warten müssen und sich für die Bewohner der Märkte mit der höchsten Rechenzentrumsdichte wachsende Sorgen über Stromausfälle und steigende Preise machen.

Das Bestreben des Silicon Valley, um jeden Preis künstliche Intelligenz zu entwickeln, hat zu einem dramatischen Anstieg der Stromnachfrage geführt, was auch den Energiewendeplan des gesamten Landes und die Ziele von Billionen Technologieunternehmen für saubere Energie gefährdet. Laut einer Bloomberg-Analyse der neuesten Daten werden in einigen Ländern, darunter Saudi-Arabien, Irland und Malaysia, alle Rechenzentren, die sie bauen wollen, mehr Energie benötigen, um mit voller Kapazität zu arbeiten, als die bestehenden erneuerbaren Energiequellen.

Offiziellen Schätzungen zufolge könnte sich Schwedens Strombedarf für Rechenzentren bis zum Ende dieses Jahrzehnts und dann bis 2040 noch einmal verdoppeln. Im Vereinigten Königreich wird erwartet, dass der Stromverbrauch von KI im nächsten Jahrzehnt um 500 % steigen wird. In den Vereinigten Staaten wird der Stromverbrauch von Rechenzentren voraussichtlich von 3 % des gesamten Stroms im Jahr 2022 auf 8 % im Jahr 2030 steigen. Goldman Sachs beschreibt dies als „einen beispiellosen Stromzuwachs in einer Generation“.

Weltweit sind mehr als 7.000 Rechenzentren gebaut oder befinden sich in unterschiedlichen Baustadien, verglichen mit nur 3.600 im Jahr 2015.

Wenn diese Rechenzentren weiter betrieben werden, kann der jährliche Gesamtstromverbrauch 508 Terawattstunden erreichen. Das ist mehr als die gesamte Stromerzeugung in Italien oder Australien in einem ganzen Jahr.

Bis 2034 wird der weltweite Energieverbrauch von Rechenzentren voraussichtlich 1.580 Terawattstunden erreichen, was dem gesamten Energieverbrauch Indiens entspricht.

Dabei handelt es sich lediglich um Schätzungen, und es besteht noch große Unsicherheit darüber, wie sich der aktuelle KI-Trend entwickeln wird. Es gibt auch Diskrepanzen zwischen den Prognosen der Rechenzentrumsentwickler zum Strombedarf und der tatsächlichen Stromerzeugung.

Während Technologieunternehmen schnell darauf hinweisen, dass Rechenzentren trotz des weiteren Ausbaus weniger als 2 % des weltweiten Energieverbrauchs ausmachen, geht ein Bericht von Goldman Sachs vom April davon aus, dass diese Zahl bis zum Ende des Jahrzehnts steigen wird kann auf 4 % steigen. Angesichts der Tatsache, dass die Gesamtstromnachfrage seit Jahren nahezu unverändert ist und in einigen Bereichen sogar rückläufig ist, hat jeder Anstieg um einen Prozentpunkt enorme Auswirkungen.

John Ketchum, CEO von NextEra Energy in den Vereinigten Staaten, sagte, dass der Strombedarf in den USA in den nächsten zwei Jahrzehnten voraussichtlich um 40 % steigen wird, während er in den letzten zwei Jahrzehnten nur um 9 % gestiegen sei. Rechenzentren seien der Hauptgrund für den Nachfrageschub, sagte Ketchum, aber auch Elektrifizierung und Fertigung seien weitere Faktoren. Auf die Frage, warum Rechenzentren plötzlich so viel Strom verbrauchen, war seine Antwort klar: „Wegen der künstlichen Intelligenz, die zum Trainieren von Modellen erforderlich ist, und der Fähigkeit der künstlichen Intelligenz, aus Daten Schlussfolgerungen zu ziehen, die sie noch nie gesehen hat.“ „Das ist das 10- bis 15-fache des Stromverbrauchs.“

Amazon, der größte Cloud-Dienstleister in den USA, Microsoft und Alphabets Google haben alle angekündigt, ihre Rechenzentren vollständig mit grüner Energie zu betreiben – Amazon nächstes Jahr, Google und Microsoft bis 2030. Alle drei Unternehmen gaben an, dass sie nach technologischen Möglichkeiten suchen, um den Stromverbrauch zu reduzieren oder die Netznachfrage effizienter auszugleichen. Dazu könnte gehören, die Effizienz von Chips und Servern zu steigern, Geräte besser anzuordnen, um den Kühlbedarf zu reduzieren, und Lasten je nach Verfügbarkeit von Energie, insbesondere grüner Energie, auf verschiedene Bereiche zu verlagern.

Aber einige Technologieführer, wie etwa OpenAI-CEO Sam Altman, sagen, dass die Anpassung an diese neue Situation einen Energiedurchbruch erfordern wird – wahrscheinlich durch Kernkraft. Auch Microsoft und Amazon setzen auf Atomkraft: Amazon kaufte kürzlich ein atomar betriebenes Rechenzentrum in Pennsylvania und signalisierte seine Bereitschaft, mehr zu kaufen. Der weitere Weg bleibt vorerst unklar. Microsoft hat kürzlich eingeräumt, dass sein Vorstoß für künstliche Intelligenz sein lang gehegtes Ziel gefährdet, bis 2030 CO2-negativ zu werden.

„Wir brauchen Terawatt traditioneller grüner Energie, sei es Wind oder Sonne, und dafür sind weltweite Anstrengungen erforderlich“, sagte Amanda Peterson Corio, Leiterin für globale Rechenzentrumsenergie bei Google. Die Diskussion beschränkt sich nicht nur auf den Bedarf an künstlicher Intelligenz. Ein Terawatt entspricht der Stromerzeugung von rund 1.000 Kernkraftwerken. „Natürlich wollen wir uns selbst dekarbonisieren, aber wenn wir nur uns selbst dekarbonisieren und nicht das gesamte Netz, welchen Sinn hat es dann?“

In den heutigen Rechenzentren finden Sie wahrscheinlich Tausende von Nvidia H100-Grafikkarten – den Motor des generativen KI-Booms –, die jeweils bis zu 700 Watt verbrauchen, fast so viel Strom wie ein 60-Zoll-Flachbildfernseher. Rechenzentren, die zum Trainieren von KI-Modellen gebaut wurden, benötigen noch mehr Leistung. Beispielsweise hat Microsoft Zehntausende Nvidia-Grafikkarten in einem Rechenzentrum angeschlossen, in dem die OpenAI-Technologie entwickelt wird. Diese Grafikkarten werden durch Netzwerkchips und andere Arten von Chips mit Strom versorgt, und in Verbindung mit der in Rechenzentren verwendeten Kühlausrüstung ist der Stromverbrauch sogar noch höher.

Die gängige Meinung im Silicon Valley geht davon aus, dass die benötigte Energiemenge nur noch zunehmen wird. Nvidias neueste Grafikkarte, die B100, verbraucht fast doppelt so viel Strom wie die H100. Nvidia glaubt, dass Unternehmen mit weniger Chips mehr erreichen können, aber Ian Buck, Leiter der Accelerated Computing-Gruppe von Nvidia, räumte ein, dass der KI-Einsatz wahrscheinlich zunehmen wird. „Die Leute füllen gerne ihre Rechenzentren“, sagte er.

Auch die Entwicklung der künstlichen Intelligenz verändert sich von Tag zu Tag, und die Menschen sind bestrebt, größere Modelle der künstlichen Intelligenz zu entwickeln. Der im Jahr 2020 gebaute Microsoft-Supercomputer trainierte GPT-3 von OpenAI und nutzte dabei 10.000 der damals neuesten Chips für künstliche Intelligenz. Laut einer Rede von Microsoft Azure Chief Technology Officer Mark Russinovich im Mai nutzten die Supercomputer von Microsoft im November 2023 14.400 Nvidia H100-Grafikkarten der Spitzenklasse, und der nächste Supercomputer wird 30-mal leistungsstärker sein als jetzt.

Gleichzeitig sagte Nvidia-CEO Jensen Huang, dass viele Länder darauf drängen werden, ihre eigenen „unabhängigen“ künstlichen Intelligenzsysteme einzurichten, um wettbewerbsfähig zu bleiben und Daten lokal zu verarbeiten. Der globale Kampf um die KI-Vorherrschaft wird wahrscheinlich davon abhängen, welche Länder über genügend Rechenzentren und Macht verfügen, um die Technologie zu unterstützen. Wenn ja, ist Loudoun County ein Mikrokosmos dessen, was auf den Rest der Welt zukommt – und die Herausforderungen, denen andere Länder gegenüberstehen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Rechenzentrumshauptstadt der Welt

In den letzten fünf Jahren hat Dominion Energy Inc., das Loudoun County versorgt und als „Data Center Lane“ bekannt ist, 94 Rechenzentren angeschlossen, die insgesamt etwa vier Gigawatt Strom verbrauchen. Jetzt nimmt das Unternehmen Anfragen für Rechenzentrumscampusse entgegen, die mehrere Gigawatt Strom verbrauchen werden, genug, um Hunderttausende Haushalte mit Strom zu versorgen, wobei zwei oder drei Rechenzentren zusammengenommen das Äquivalent des Gesamtstromverbrauchs aller angeschlossenen Einrichtungen im Jahr 2019 verbrauchen könnten das Jahr.

Der Nachfrageschub hat zu einem Rückstand geführt. Entwickler von Rechenzentren müssen jetzt länger warten, bis sie ihre Projekte ans Netz anschließen. „Es könnte nur zwei Jahre dauern oder nur vier Jahre, je nachdem, was gebaut werden muss“, sagte Dominion-Präsident Edward Baine in einem Interview.

Dominion Power arbeitet daran, die Infrastruktur zur Unterstützung dieses Plans aufzubauen. Neue Stromleitungen, die an riesigen Metalltürmen entlang von Straßen und Bächen hängen, versorgen diese riesigen, fensterlosen Rechenzentren mit Strom. Das Unternehmen baut einen großen neuen Windpark und viele Solarparks in Küstennähe, aber auch Kohle- und Erdgaskraftwerke könnten länger am Netz bleiben.

Ende 2022 übermittelte Dominion Power einen bisher nicht gemeldeten Brief an die Regulierungsbehörden, in dem er um Erlaubnis zum Bau neuer Umspannwerke und Übertragungsleitungen bat, um dem „beispiellosen“ Lastwachstum gerecht zu werden. In dem Brief teilte Dominion Power mit, dass es in diesem Frühjahr 18 Entlastungswarnungen gegeben habe. Diese Warnungen werden ausgegeben, wenn der Netzbetreiber das Unternehmen darüber informiert, dass ein Lastabwurf erforderlich sein könnte. „Lastabwurf“ ist ein Fachbegriff für eine kontrollierte Unterbrechung der Stromversorgung von Kunden, zu der auch fortlaufende Stromausfälle gehören können.
„Dies ging weit über die normalen, sicheren Betriebsabläufe hinaus“, sagte Dominion Power gegenüber den Aufsichtsbehörden.

Virginia ist mit seinen Bemühungen, den Strombedarf zu decken, nicht der Einzige. David Bloom, Vorstandsvorsitzender des britischen Rechenzentrumsbetreibers Kao Data, sagte, dass in West-London, das traditionell als Rechenzentrumsknotenpunkt gilt, neue Einrichtungen bis 2030 warten müssen, bis sie ans Netz angeschlossen werden. „Wir werden jetzt an neue Standorte gedrängt“, sagte er. Auch in Südschweden, wo der Markt für erneuerbare Energien stark ist, ist die Nachfrage nach Netzanschlüssen so groß, dass Unternehmen möglicherweise Jahre warten müssen. „Wir haben eine Warteschlange und Sie müssen Ihre Tickets bekommen“, sagte Peter Hjalmar, Regionalmanager für Südschweden beim deutschen Energieversorger E.ON SE, laut einer aktuellen Analyse von Morgan Stanley. Berichten zufolge gibt es viele neue Rechenzentren für künstliche Intelligenz Es wird erwartet, dass die Vereinigten Staaten jeweils 100 Megawatt Strom verbrauchen, was Analysten zu der Frage veranlasst: „Wie werden alle geplanten Rechenzentrumsprojekte rechtzeitig mit Strom versorgt?“ Laut NextEra bieten große Technologieunternehmen angesichts der hohen Nachfrage um Daten zentraler Raum, der jederzeit mit Strom versorgt werden kann.

Ali Farhadi, CEO des Allen Institute for AI, sagte, dass das erwartete Wachstum von Rechenzentren auch auf Einschränkungen bei den Stromübertragungsleitungen stoßen könnte. „Ich glaube nicht, dass wir so viel Strom auf der ganzen Welt transportieren oder gar erzeugen können“, sagte er.

Energieanalysten gehen davon aus, dass Rechenzentren mit der Zeit effizienter, aber auch größer werden. Nach Angaben des Marktforschungsunternehmens DC Byte beträgt die durchschnittliche Größe von Rechenzentrumseinrichtungen weltweit mittlerweile 412.000 Quadratfuß, was einer fast fünffachen Steigerung gegenüber 2010 entspricht.

Experten sagen, dass ein Anstieg der Nachfrage nach Rechenzentren in Verbindung mit erheblichen Investitionen in neue Umspannwerke, Übertragungsleitungen und andere Infrastruktur durch Energieversorger wie Dominion auch die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Kunden höhere Energiepreise erleben werden. Die Kosten für einige Upgrades werden in der Regel an Stromkunden in der gesamten Region verteilt und erscheinen als Einzelposten auf der monatlichen Stromrechnung jedes Einzelnen.

Goldman Sachs schätzt, dass US-Versorgungsunternehmen etwa 50 Milliarden US-Dollar in neue Kapazitäten investieren müssen, um Rechenzentren zu unterstützen. „Dies wird sowohl die Energiegroßhandelspreise als auch die Energieeinzelhandelspreise erhöhen“, sagte Patrick Finn, Strommarktanalyst beim Energieberatungsunternehmen Wood Mackenzie.

Ein Vertreter von Dominion Power sagte, dass die Kosten, einschließlich Netzänderungen, auf jede Kundenkategorie, von Privatkunden bis hin zu Industriekunden, aufgeteilt werden, basierend auf den tatsächlichen Kosten für die Betreuung jedes Kundentyps. Dadurch ist der Anteil der Privatkunden an den Übertragungskosten in den letzten Jahren zurückgegangen, während der Anteil der Rechenzentren gestiegen ist.

Auch in Irland, einem weiteren stark gesättigten Markt, gibt es erste Anzeichen für einige Zinserhöhungen. Das milde Klima Irlands hat zahlreiche Rechenzentren von Microsoft, Amazon und anderen Unternehmen angezogen, und es wird erwartet, dass diese Einrichtungen bis 2026 ein Drittel der irischen Energie verbrauchen, gegenüber nur 18 % im Jahr 2022.

Die Großhandelspreise für Strom in Irland waren in diesem Jahr im Durchschnitt ein Drittel höher als anderswo in Europa. Sarah Nolan, leitende Modelliererin bei Cornwall Insight, sagte, dass auch andere Faktoren, einschließlich der geografischen Lage Irlands, eine Rolle spielten, aber auch die wachsende Nachfrage nach Rechenzentren habe erstens, kurz bevor der Boom der künstlichen Intelligenz begann, auch strenge Maßnahmen zur Einschränkung ergriffen der Bau von Rechenzentren.

Um die Energieengpässe zu bewältigen, hat Irlands staatlicher Strombetreiber Anfang 2022 in Dublin ein Moratorium eingeführt und Bedingungen für den Anschluss neuer Rechenzentren an das Netz festgelegt, einschließlich der Priorisierung derjenigen, die ihren eigenen Strom erzeugen. Donal Travers, Direktor für Technologie, Verbraucher- und Unternehmensdienstleistungen bei IDA Ireland, das ausländische Direktinvestitionen anzieht, sagte, Irlands staatlicher Strombetreiber habe einen „umfassenden“ Plan zum Aufbau des Netzes. Er sagte jedoch, er gehe davon aus, dass die Beschränkungen für neue große Netzanschlüsse „wahrscheinlich bis etwa 2028 andauern“ würden.

In der Zwischenzeit sind andere Regionen begierig darauf, ihre Türen zu öffnen.

nächstes Virginia

Als Rangu Salgame nach Malaysia blickt, sieht er, wie das nächste Virginia „Form annimmt“. Johor, der südlichste Bundesstaat der malaysischen Halbinsel, verfolgt eine Richtlinie zur Beschleunigung der Genehmigungen von Rechenzentren. Darüber hinaus liegt es auch in der Nähe von Singapur, das seit langem ein Zentrum für Rechenzentren ist und seit mehreren Jahren ein Moratorium für Neubauten verhängt, um das Energiewachstum auf der winzigen Insel zu bewältigen.

Einst ein verschlafenes Fischerdorf, sind die Außenbezirke von Johor Bahru heute riesige Baustellen. Microsoft und Amazon investieren in der Region, ebenso wie Salgeims Unternehmen Princeton Digital Group (PDG). Im Sedenak Tech Park, etwa 40 Meilen südlich der Innenstadt von Johor Bahru, ragen riesige Kräne in den Himmel. Das neue 150-Megawatt-Rechenzentrum von PDG befindet sich in einer Ecke des Campus gegenüber ähnlichen Einrichtungen anderer Anbieter.

„Wir haben den Prozess vom ersten Spatenstich bis zur Produktion innerhalb von 12 Monaten abgeschlossen“, sagte Salgame, der in Johor innerhalb von zwei Jahren eine Kapazität von 300 Megawatt erwartet. „Nicht alle Teile der Welt können mit dieser Geschwindigkeit und diesem Umfang produzieren.“

Neben Malaysia hat sich Texas zu einem der am schnellsten wachsenden Rechenzentrumsmärkte in den Vereinigten Staaten entwickelt, was zum Teil seiner Unabhängigkeit und dem Versprechen eines deregulierten Stromnetzes zu verdanken ist, das Wartezeiten verkürzt. Laut DC Byte sagte Bobby Hollis, Vice President of Energy bei Microsoft, dass das Rechenzentrum in Texas innerhalb der für den Bau des Rechenzentrums erforderlichen ein bis zwei Jahre ans Netz angeschlossen werden könne.

Hollis sagte, Texas sei reich an Solarenergieressourcen und verfüge in der Region Panhandle Plains des Bundesstaates über einige der besten Windenergieressourcen der Welt. Aber heißes Wetter und knappe Wasservorräte veranlassen Microsoft und Google, zu versuchen, die Kühlausrüstung ihrer Rechenzentren vom Wasser zu entwöhnen. Allerdings erfordert die alternative Methode mehr Energie, laut Microsoft im Durchschnitt etwa 5 % mehr Energie.

Obwohl es in Texas scheinbar reichlich Strom gibt, hat er auch seine Grenzen. Hollis sagte, dass die Lieferungen von Solarmodulen und anderen Geräten, die für saubere Energie benötigt werden, allmählich knapper werden. Auch der Electric Reliability Council of Texas warnte kürzlich, dass er die Nachfrage in der Gegend von San Antonio, wo sich Microsofts riesiger Rechenzentrumscampus befindet, unterschätzt, was in Zukunft zu kaskadenartigen Stromausfällen im ganzen Bundesstaat führen könnte.

In Virginia wächst der Widerstand gegen Rechenzentren. Bei einer Sitzung des Aufsichtsrats von Prince William County im März sprachen sich frustrierte Anwohner gegen eine Zonenänderung aus, die den Bau von etwa doppelt so hohen Rechenzentren auf bestimmten Grundstücken ermöglicht hätte. Eine Frau erzählte den Beamten, dass ein Rechenzentrum ihre ruhige Nachbarschaft in einen „dystopischen Albtraum“ verwandeln würde.

Rachel Ellis, eine 48-jährige Hausfrau, die aus der Ferne sprach, sagte, die Änderung würde höhere Anforderungen an ein bereits angespanntes Stromnetz bedeuten. „Den Bau eines Rechenzentrums weiterhin zu genehmigen, ohne zu wissen, woher der Strom kommen soll, ist ein rücksichtsloser Akt des Managements“, sagte sie.

Der Aufsichtsrat stimmte ab, nachdem er von mehr als einem Dutzend Personen gehört hatte, die sich gegen die Änderung der Zoneneinteilung aussprachen. Größere Rechenzentren werden genehmigt.

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Ai Faner |. Ursprünglicher Link · Kommentare anzeigen · Sina Weibo