데이터센터 전력소비 급증, 인공지능이 글로벌 전력시스템 위협

편집자 주: 올해 초 머스크는 인공 지능과 전기 자동차의 요구를 충족시키기 위해 앞으로 몇 년 동안 전력 부족이 발생할 것이라고 예측했습니다. 그는 이러한 기술의 동시 개발이 기존 전력 인프라에 압력을 가할 것이며, 2025년에는 점점 늘어나는 인공지능 칩에 전력을 공급하기에는 전력 공급이 충분하지 않을 수 있다고 경고했습니다.

뉴요커는 또한 OpenAI의 ChatGPT가 매일 약 2억 명의 사용자의 요청에 응답하기 위해 매일 50만kWh 이상의 전력을 소비하는 것으로 추정된다고 보도했습니다. 이는 미국 가정의 일일 평균 에너지 사용량의 17,000배가 넘는 수치입니다.

블룸버그는 방금 전 세계 많은 지역에서 인공지능 데이터센터에 대한 전력 수요가 급증했고, 기존 지역 전력 시설이 더 이상 전력 수요를 충족할 수 없다는 기사를 썼습니다. "인공지능이 글로벌 전력 시스템에 심각한 피해를 입혔습니다. ."

다음은 Ai Faner가 편집하고 번역한 Bloomberg 보고서의 전문 번역입니다.

원본 링크: https://www.bloomberg.com/graphics/2024-ai-data-centers-power-grids/
원저자: Josh Saul, Leonardo Nicoletti, Saritha Rai, Dina Bass, Ian King 및 Jennifer Duggan

버지니아 북부의 다른 지역과 마찬가지로 로우던 카운티도 한때 말 목장과 미국 남북전쟁 현장으로 유명했습니다. 그러나 지난 15년 동안 디지털 생활의 중추를 형성하는 데이터 센터를 구축하기 위해 지역 사회의 많은 들판과 숲이 개간되었습니다.

이제 인공 지능의 부상으로 인해 더 큰 데이터 센터에 대한 수요가 늘어나고 있으며, 이는 환경을 더욱 변화시키고 지역의 에너지 그리드에 큰 압력을 가하고 있습니다.

올 봄 화창한 오후, 최신 데이터 센터가 거의 완공을 앞두고 있었습니다. 완공되면 20만 평방피트 규모의 이 건물은 미국 3만 가구의 일일 전기 소비량에 해당하는 에너지를 소비하게 됩니다.

하지만 먼저 충분한 전력을 확보해야 합니다.

버지니아 데이터 센터를 소유한 데이터 센터 제공업체인 DataBank는 에너지가 절실히 필요합니다. 이름이 알려지지 않은 "빅 테크" 고객은 전체 데이터 센터를 임대했으며 인공 지능 애플리케이션을 위한 컴퓨팅 리소스를 얻기 위해 데이터 센터를 사용하고 싶어 DataBank가 Ok 서버에 전력을 공급하기 전에 건물에 설비를 설치했습니다.

DataBank 시설의 일부를 관리하는 James Mathes는 "그것이 인공 지능의 문제입니다. 그들은 많은 전력이 필요하며, 일단 얻으면 즉시 그것을 원합니다"라고 말했습니다. "지금 당장 인공지능은 백지수표와 같다."

데이터 센터 운영자, 에너지 공급업체 및 기술 경영진과의 인터뷰에 따르면 거의 하룻밤 사이에 데이터 센터의 전력 수요가 급증하면서 전 세계 여러 지역에서 기존 전원 공급 장치를 초과했다고 합니다. 이러한 역동성으로 인해 기업이 그리드에 연결하는 데 수년이 걸리고 데이터 센터가 가장 밀집된 시장에 거주하는 주민들의 정전 및 가격 상승에 대한 우려가 커지고 있습니다.

무슨 수를 써서라도 인공지능을 개발하려는 실리콘밸리의 노력은 전력 수요의 급격한 증가로 이어졌고, 이는 또한 국가 전체의 에너지 전환 계획과 수조 개의 기술 기업의 청정 에너지 목표를 위협하기도 했습니다. 블룸버그의 최신 데이터 분석에 따르면 사우디아라비아, 아일랜드, 말레이시아 등 일부 국가에서 건설하려는 모든 데이터 센터를 최대 용량으로 운영하려면 기존 재생 가능 에너지 공급보다 더 많은 에너지가 필요할 것으로 나타났습니다.

공식 추정에 따르면 스웨덴의 데이터 센터 전력 수요는 이번 10년 말까지 두 배로 증가하고 2040년까지 다시 두 배로 늘어날 수 있습니다. 영국에서는 AI의 전력 소비가 향후 10년간 500% 증가할 것으로 예상된다. 미국에서는 데이터센터 전력 소비가 2022년 전체 전력의 3%에서 2030년 8%로 늘어날 것으로 예상된다. 골드만삭스는 이를 '한 세대에 유례없는 전력 성장'이라고 표현한다.

전 세계적으로 7,000개 이상의 데이터 센터가 건설되었거나 다양한 건설 단계에 있으며, 2015년에는 3,600개에 불과했습니다.

이러한 데이터 센터가 계속 운영된다면 연간 총 전력 소비량은 508테라와트시에 도달할 수 있습니다. 이는 이탈리아나 호주의 1년 전체 발전량보다 더 많습니다.

2034년까지 전 세계 데이터 센터 에너지 소비량은 인도 전체 에너지 소비량과 맞먹는 1,580테라와트시에 도달할 것으로 예상됩니다.

이는 어디까지나 추정일 뿐 현재의 AI 열풍이 어떻게 전개될지는 아직 불확실한 부분이 많다. 데이터 센터 개발자의 전력 수요 예측과 실제 발전량 간에도 불일치가 있습니다.

기술 기업들은 데이터 센터가 계속해서 확장되고 있음에도 불구하고 전 세계 에너지 사용량의 2% 미만을 차지한다고 재빠르게 지적하고 있지만, Goldman Sachs의 4월 보고서에서는 이 수치가 10년 안에 증가할 것으로 추정했습니다. 4%까지 오를 수 있다. 전체 전력 수요가 수년 동안 거의 변동이 없었고 일부 지역에서는 심지어 감소했다는 점을 감안할 때 1% 포인트 증가하면 큰 영향을 미칩니다.

미국 NextEra Energy의 CEO인 John Ketchum은 향후 20년 동안 미국의 전력 수요가 40% 증가할 것으로 예상되는 반면 지난 20년 동안 미국의 전력 수요는 9%만 증가할 것이라고 말했습니다. Ketchum은 데이터 센터가 수요 급증의 가장 큰 원인이며 전기화와 제조도 다른 요인이라고 말했습니다. 데이터 센터가 갑자기 그렇게 많은 전력을 소비하는 이유를 묻는 질문에 그는 "인공 지능 때문"이라고 간단하게 대답했습니다. 그는 모델을 훈련하는 데 필요한 에너지와 한 번도 본 적이 없는 데이터에서 결론을 도출하는 인공 지능의 능력을 언급했습니다. "이것은 전력 소모의 10~15배입니다."

미국 최대 클라우드 서비스 제공업체인 아마존(Amazon), 마이크로소프트(Microsoft), 알파벳의 구글(Google)은 내년에는 아마존, 2030년에는 구글과 마이크로소프트 등 데이터센터를 전적으로 녹색 에너지로 운영하겠다는 목표를 발표했다. 세 회사 모두 전력 사용을 줄이거나 그리드 수요의 균형을 보다 효율적으로 유지하기 위한 기술적 방법을 모색하고 있다고 말했습니다. 여기에는 칩과 서버의 효율성을 높이고, 냉각 필요성을 줄이기 위해 더 나은 방법으로 장비를 배치하고, 에너지, 특히 친환경 에너지의 가용성에 따라 부하를 다른 영역으로 이동하는 것이 포함될 수 있습니다.

그러나 OpenAI CEO인 샘 알트먼(Sam Altman)과 같은 일부 기술 리더들은 이 새로운 상황에 적응하려면 원자력 발전과 같은 에너지 혁신이 필요하다고 말합니다. 마이크로소프트(Microsoft)와 아마존(Amazon)도 원자력 발전에 투자하고 있으며, 아마존은 최근 펜실베이니아에 있는 원자력 데이터 센터를 구매하고 추가 구매 의사를 밝혔습니다. 현재로서는 앞으로 나아갈 방향이 불분명합니다. 마이크로소프트는 최근 자사의 인공지능 추진이 2030년까지 탄소 네거티브가 되겠다는 오랜 목표를 위태롭게 한다는 점을 인정했다.

Google의 글로벌 데이터 센터 에너지 담당 이사인 Amanda Peterson Corio는 "풍력이든 태양광이든 테라와트급의 전통적인 녹색 에너지가 필요하며 이를 위해서는 전 세계적인 노력이 필요합니다"라고 말했습니다. 논의 범위는 인공 지능 요구에만 국한되지 않습니다. 1테라와트는 원자력발전소 1000기의 발전량과 맞먹는다. "물론 우리는 우리 자신을 탈탄소화하고 싶지만 전체 전력망이 아니라 우리 자신만 탈탄소화한다면 무슨 소용이 있겠습니까?"

오늘날의 데이터 센터에서는 생성 AI 붐의 엔진인 수천 개의 Nvidia H100 그래픽 카드가 각각 최대 700와트를 소비하는 것을 볼 수 있습니다. 이는 거의 60인치 평면 TV의 8배에 해당하는 전력입니다. AI 모델을 교육하기 위해 구축된 데이터 센터에는 훨씬 더 많은 전력이 필요합니다. 예를 들어, Microsoft는 OpenAI 기술을 개발하는 데 사용되는 데이터 센터에 연결된 수만 개의 Nvidia 그래픽 카드를 보유하고 있습니다. 이러한 그래픽 카드는 네트워킹 및 기타 유형의 칩으로 구동되며 데이터 센터에서 사용되는 냉각 장비와 결합되어 전력 소비가 훨씬 더 커집니다.

실리콘 밸리의 일반적인 통념은 필요한 에너지의 양이 증가할 뿐이라는 것입니다. Nvidia의 최신 그래픽 카드인 B100은 H100보다 거의 두 배의 전력을 소비합니다. Nvidia는 기업이 더 적은 수의 칩으로 더 많은 일을 할 수 있을 것이라고 믿고 있지만, Nvidia의 가속 컴퓨팅 그룹 책임자인 Ian Buck은 AI 배포가 증가할 가능성이 있음을 인정했습니다. "사람들은 데이터 센터를 가득 채우는 것을 좋아합니다"라고 그는 말했습니다.

인공지능의 발전도 하루가 다르게 변화하고 있으며, 사람들은 더 큰 인공지능 모델을 개발하고 싶어합니다. 2020년에 구축된 마이크로소프트 슈퍼컴퓨터는 당시 최신 인공지능 칩 1만 개를 이용해 OpenAI의 GPT-3을 훈련시켰다. Microsoft Azure 최고 기술 책임자(CTO) Mark Russinovich의 5월 연설에 따르면 Microsoft의 슈퍼컴퓨터는 2023년 11월에 14,400개의 최고급 Nvidia H100 그래픽 카드를 사용했으며, 차세대 슈퍼컴퓨터가 설계되고 있으며 지금보다 30배 더 강력해질 것입니다.

동시에 엔비디아 CEO 젠슨 황(Jensen Huang)은 많은 국가들이 경쟁력을 유지하고 지역적으로 데이터를 처리하기 위해 자체적인 "독립 재산" 인공 지능 시스템 구축을 추진할 것이라고 말했습니다. AI 패권을 위한 글로벌 전투는 어느 국가가 해당 기술을 지원할 만큼 충분한 데이터 센터와 전력을 보유하고 있는지에 달려 있습니다. 그렇다면 Loudoun 카운티는 앞으로 다가올 세계의 축소판이자 다른 국가들이 경쟁력을 유지하기 위해 직면하게 될 과제를 보여주는 곳입니다.

세계의 데이터 센터 수도

지난 5년 동안 Loudoun 카운티에 서비스를 제공하고 "데이터 센터 레인"으로 알려진 Dominion Energy Inc.는 총 약 4기가와트의 전기를 소비하는 94개의 데이터 센터를 연결했습니다. 이제 회사는 수십만 가구에 전력을 공급할 수 있는 수 기가와트의 전력을 소비하는 데이터 센터 캠퍼스에 대한 요청을 받고 있으며, 2~3개의 데이터 센터를 합치면 2019년에 해당하는 전력을 소비할 수 있습니다. 그 해.

수요 급증으로 인해 백로그가 발생했습니다. 이제 데이터 센터 개발자는 프로젝트를 그리드에 연결하는 데 더 오랜 시간을 기다려야 합니다. Dominion의 Edward Baine 사장은 인터뷰에서 "무엇을 건설해야 하는지에 따라 빠르면 2년이 될 수도 있고 늦어도 4년이 걸릴 수도 있습니다"라고 말했습니다.

Dominion Power는 이 계획을 지원하기 위한 인프라를 구축하기 위해 노력하고 있습니다. 거대한 금속 타워에 매달려 도로와 개울을 따라 놓인 새로운 전력선은 이렇게 우뚝 솟은 창문 없는 데이터 센터에 전력을 공급합니다. 회사는 해안 근처에 대규모의 새로운 풍력 발전소와 많은 태양광 발전소를 건설하고 있지만 석탄 및 천연가스 발전소도 더 오랫동안 온라인 상태를 유지할 수 있습니다.

2022년 말, Dominion Power는 "전례 없는" 부하 증가를 충족하기 위해 새로운 변전소와 송전선을 건설할 수 있는 허가를 요청하는 이전에 보고되지 않은 서신을 규제 기관에 제출했습니다. 서한에서 Dominion Power는 그해 봄에 18번의 부하 완화 경고를 받았다고 말했습니다. 이러한 경고는 전력망 운영자가 회사에 부하 차단이 필요할 수 있음을 알릴 때 발행됩니다. "부하 차단"은 롤링 정전을 포함하여 고객에 대한 제어된 전력 중단을 의미하는 기술 용어입니다.
Dominion Power는 규제 기관에 "이것은 정상적이고 안전한 운영 절차를 훨씬 뛰어넘는 것"이라고 말했습니다.

버지니아만이 전력 수요를 충족시키려는 노력을 기울이는 것은 아닙니다. 영국 데이터 센터 운영업체인 Kao Data의 데이비드 블룸 회장은 역사적으로 데이터 센터 허브로 여겨졌던 서부 런던의 새로운 시설이 그리드에 연결되려면 2030년까지 기다려야 한다고 말했습니다. “우리는 이제 새로운 지역으로 밀려나고 있습니다.” 마찬가지로 재생 에너지 시장이 활발한 남부 스웨덴에서는 전력망 연결에 대한 수요가 너무 커서 기업들이 몇 년을 기다려야 할 수도 있다고 그는 말했습니다. Morgan Stanley Reports의 최근 분석에 따르면 독일 E.ON SE 전력 유틸리티의 스웨덴 남부 지역 관리자인 Peter Hjalmar는 "우리는 줄을 서고 있으며 티켓을 구해야 합니다."라고 말했습니다. 미국은 각각 100메가와트의 전력을 소비할 것으로 예상되므로 분석가들은 "제안된 모든 데이터 센터 프로젝트에 어떻게 적시에 전력을 공급할 수 있습니까?"라고 질문합니다. NextEra에 따르면 수요가 너무 높아서 주요 기술 회사들이 데이터에 대한 입찰에 참여하고 있습니다. 상시 전원이 공급되는 중앙 공간.

Allen Institute for AI의 CEO인 Ali Farhadi는 예상되는 데이터 센터 성장에도 전력을 전달하는 전송선에 한계가 있을 수 있다고 말했습니다. "나는 우리가 그렇게 많은 전력을 생산하기는커녕 전 세계로 이동할 수 없다고 생각합니다"라고 그는 말했습니다.

에너지 분석가들은 데이터 센터가 시간이 지남에 따라 더욱 효율적이 될 것이지만 규모도 커질 것이라고 말합니다. 시장 정보 회사인 DC Byte에 따르면 현재 전 세계 데이터 센터 시설의 평균 크기는 412,000평방피트로 2010년에 비해 거의 5배 증가했습니다.

전문가들은 Dominion과 같은 전력 회사가 새로운 변전소, 송전선 및 기타 인프라에 대한 막대한 투자와 함께 데이터 센터 수요의 급증으로 인해 고객이 더 높은 에너지 가격을 경험할 가능성이 높아진다고 말합니다. 일부 업그레이드 비용은 일반적으로 지역 전체의 전기 고객에게 분배되며 각 개인의 월간 공공 요금 청구서에 항목으로 표시됩니다.

Goldman Sachs는 미국 유틸리티 기업이 데이터 센터를 지원하기 위해 차세대 용량에 약 500억 달러를 투자해야 할 것으로 추정합니다. 에너지 컨설팅 회사인 Wood Mackenzie의 전력 시장 분석가인 Patrick Finn은 "이로 인해 도매 에너지 가격과 소매 에너지 가격이 모두 상승할 것"이라고 말했습니다.

Dominion Power 담당자는 그리드 수정을 포함한 비용이 각 유형의 고객에게 서비스를 제공하는 실제 비용을 기준으로 주거용에서 산업용까지 각 고객 범주에 할당될 것이라고 말했습니다. 그 결과, 최근 몇 년간 주거용 고객의 전송 비용 비중은 감소한 반면 데이터 센터 비중은 증가했습니다.

포화상태가 심한 또 다른 시장인 아일랜드에서도 일부 금리 인상의 초기 징후가 나타나고 있습니다. 아일랜드의 온화한 기후로 인해 Microsoft, Amazon 및 기타 기업의 수많은 데이터 센터가 유입되었으며, 이러한 시설은 2022년 18%에 불과했던 에너지를 2026년까지 3분의 1을 소비할 것으로 예상됩니다.

올해 아일랜드의 도매 전기 가격은 유럽의 다른 지역보다 평균 3분의 1 더 높았습니다. Cornwall Insight의 수석 모델러인 Sarah Nolan은 아일랜드의 지리를 포함한 다른 요인도 영향을 미쳤지만 데이터 센터에 대한 수요 증가도 영향을 미쳤다고 말했습니다. 첫째, 인공 지능 붐이 시작되기 직전에 아일랜드도 제한을 위한 강력한 조치를 취했습니다. 데이터 센터 건설.

에너지 제약을 관리하기 위해 아일랜드의 국영 전력 사업자는 2022년 초 더블린에서 유예를 시행하고 자체 전력을 생산하는 데이터 센터의 우선 순위를 지정하는 것을 포함하여 새로운 데이터 센터를 그리드에 연결하기 위한 조건을 설정했습니다. 외국인 직접 투자를 유치하는 IDA Ireland의 기술, 소비자 및 비즈니스 서비스 이사인 Donal Travers는 아일랜드의 국영 전력 사업자가 전력망을 구축하기 위한 "포괄적인" 계획을 가지고 있다고 말했습니다. 그러나 그는 새로운 대규모 전력망 연결에 대한 제한이 "아마도 2028년쯤까지 지속될 것"이라고 예상했다.

한편, 다른 지역도 문을 열고 싶어합니다.

넥스트 버지니아

Rangu Salgame이 말레이시아를 바라볼 때 그는 다음 버지니아가 "형태를 갖추는" 것을 봅니다. 말레이시아 반도의 최남단에 있는 조호르는 데이터 센터 승인을 신속하게 처리하는 정책을 가지고 있습니다. 게다가 오랫동안 데이터 센터의 허브였던 싱가포르와도 가깝습니다. 싱가포르는 이 작은 섬의 에너지 성장을 관리하기 위해 수년 동안 신축을 유예했습니다.

한때 조용한 어촌 마을이었던 조호바루 외곽은 이제 광대한 건설 현장이 되었습니다. Microsoft와 Amazon은 Salgeim의 회사인 Princeton Digital Group(PDG)과 마찬가지로 이 지역에 투자하고 있습니다. 조호바루 시내에서 남쪽으로 약 40마일 떨어진 세데낙 기술 공원(Sedenak Tech Park)에는 우뚝 솟은 크레인이 하늘을 수놓고 있습니다. PDG의 새로운 150메가와트 데이터 센터는 다른 제공업체의 유사한 시설 맞은편 캠퍼스 구석에 자리잡고 있습니다.

"우리는 착공부터 생산까지의 과정을 12개월 이내에 완료했습니다."라고 Salgame은 말했습니다. Salgame은 2년 내에 조호르에서 300메가와트의 용량을 확보할 것으로 예상하고 있습니다. "세계의 모든 지역이 이 속도와 규모로 생산할 수 있는 것은 아닙니다."

텍사스는 말레이시아와 함께 미국에서 가장 빠르게 성장하는 데이터 센터 시장 중 하나가 되었습니다. 이는 부분적으로 독립성과 대기 시간을 줄이는 규제 완화된 전력망의 약속 덕분입니다. DC Byte에 따르면 Microsoft의 에너지 담당 부사장인 Bobby Hollis는 텍사스의 데이터 센터가 데이터 센터를 구축하는 데 필요한 1~2년 이내에 그리드에 연결될 수 있다고 말했습니다.

Hollis는 텍사스가 태양 에너지 자원이 풍부하고 주의 Panhandle Plains 지역에 세계 최고의 풍력 에너지 자원을 보유하고 있다고 말했습니다. 그러나 더운 날씨와 부족한 물 공급으로 인해 Microsoft와 Google은 데이터 센터 냉각 장비를 물에서 떼어내려고 노력하고 있습니다. 그러나 대체 방법은 더 많은 에너지를 필요로 하며, Microsoft에 따르면 평균적으로 약 5% 더 많은 에너지가 필요합니다.

텍사스에는 전력이 풍부해 보이지만 한계가 있습니다. Hollis는 청정에너지에 필요한 태양광 패널과 기타 장비의 공급이 부족해지기 시작했다고 말했습니다. 텍사스 전기신뢰성협의회(Electric Reliability Council of Texas)도 최근 마이크로소프트의 대규모 데이터센터 캠퍼스가 위치한 샌안토니오 지역의 수요를 과소평가하고 있어 향후 주 전역에 걸쳐 정전이 발생할 수 있다고 경고했다.

버지니아에서는 데이터 센터에 대한 반대가 커지고 있습니다. 지난 3월 프린스 윌리엄 카운티 감독위원회 회의에서 좌절한 주민들은 특정 토지에 데이터 센터를 두 배 더 높이 지을 수 있도록 하는 구역 변경에 반대하는 목소리를 냈습니다. 한 여성은 데이터 센터가 그녀의 조용한 동네를 "디스토피아적인 악몽"으로 만들고 있다고 공무원들에게 말했습니다.

원격으로 연설한 48세 주부 레이첼 엘리스(Rachel Ellis)는 이러한 변화가 이미 긴장된 전력망에 더 많은 수요를 의미할 것이라고 말했습니다. 그녀는 “전력이 어디서 나올지 이해하지 못한 채 데이터센터 건설을 계속 승인하는 것은 무모한 경영 행위”라고 말했다.

감독관 위원회는 구역 변경에 반대하는 12명 이상의 사람들의 의견을 들은 후 투표했습니다. 더 큰 규모의 데이터 센터가 승인되었습니다.

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Ai Faner | 원본 링크 · 댓글 보기 · Sina Weibo