Data Center e boom dell’AI: la sfida dell'efficienza energetica e dell'accesso all'elettricità a basse emissioni
Pubblicato il 3 ottobre 2024
Bérénice Lacroix
Analista dell’azione per il clima - CPRAM
Alfred Buot de l'Epine
Analista - CPRAM
Annalisa Usardi, CFA
Head of Advanced Economies Modelling, Amundi Investment Institute
Data center: una nuova, massiccia domanda di elettricità
I data center sono un fattore essenziale per la diffusione dell'intelligenza artificiale. La loro necessaria espansione offre numerose opportunità di crescita ad alcuni settori e industrie.
I data center operano a pieno regime, 24/7, e richiedono elevate performance in termini di velocità di calcolo, per elaborare giganteschi flussi di dati. Un compito che richiede enormi quantità di elettricità: un data center tradizionale consuma quanto un milione di famiglie. I data center dedicati all’intelligenza artificiale hanno esigenze energetiche ancora più elevate: consumano infatti da 4 a 5 volte più di un data center tradizionale.
Secondo le previsioni, entro il 2030, la capacità dei data center aumenterà dell'8% all'anno, con un consumo di elettricità da 2 a 4 volte superiore a quello attuale. Questa significativa crescita sta imponendo una nuova dinamica alle tendenze del consumo energetico, con implicazioni per l'intera supply chain dell’elettricità e per le apparecchiature dei data center.
Due sfide chiave per i data center: l'accesso all'elettricità e i vincoli ESG
I data center che accolgono server dedicati all’AI devono affrontare 2 sfide:
— Accesso a volumi di elettricità adeguati,
significativi e affidabili, per ridurre il rischio di black-out. Questi bisogni di approvvigionamento richiedono notevoli investimenti nella capacità di produzione di energia elettrica, a cui vanno necessariamente ad aggiungersi ulteriori capacità di distribuzione e trasmissione dell'elettricità (apparecchiature di rete), e l’integrazione di fonti di elettricità rinnovabile e nucleare nella rete.
— Rispetto delle problematiche di sostenibilità.
Una delle caratteristiche dei data center è la loro elevata impronta CO2, oggi pari all'1% delle emissioni mondiali di gas serra legate all'energia. Un effetto dovuto all'elettricità consumata per l’elaborazione dei dati e per il raffreddamento dei server. I data center sono quindi soggetti a una crescente pressione normativa per conformarsi a standard di sostenibilità più severi.
Il boom dei data center: un'opportunità di crescita per molti settori industriali
Le aziende produttrici di apparecchiature per reti elettriche.
La necessità per i data center di avere accesso a volumi significativi di energia elettrica richiede investimenti per l'estensione e la modernizzazione delle reti di distribuzione, la cui età media è particolarmente elevata - vicina ai 40 anni - in Europa e negli Stati Uniti. Ciò comporta la fornitura di apparecchiature cruciali, come trasformatori di corrente, dispositivi di commutazione (che riducono il rischio di sovraccarico o surriscaldamento della rete) e interruttori.
Tali dispositivi sono forniti da un piccolo numero di conglomerati industriali, che dominano questa parte della catena del valore, come il gruppo tedesco Siemens Energy, il conglomerato giapponese Hitachi e l'azienda energetica americana GE Vernova. Queste tre aziende hanno beneficiato di una domanda vivace e in forte crescita.
Le aziende produttrici di elettricità rinnovabile.
Attualmente, le aziende ricevono sovvenzioni pubbliche a sostegno dei loro investimenti nell'espansione della capacità produttiva e nell'ammodernamento della rete. I governi offrono in effetti una garanzia sul ritorno sul capitale investito. Le aziende, a loro volta, garantiscono ai data center l’accesso alla quantità di elettricità necessaria, compensando al tempo stesso le loro emissioni di CO2, nell'ambito del loro impegno "net zero". Il modo più sicuro per raggiungere questo obiettivo è di stipulare accordi sul prezzo di acquisto, noti come PPA” (Purchase Price Agreements), con i produttori di rinnovabili.
“Negli Stati Uniti, in alcuni casi, i PPA vengono siglati a prezzi più alti di quelli di mercato dell’elettricità, con premi che possono anche superare il 30%. Una situazione che produce ovviamente benefici sostanziali per le utility, in termini di ricavi e profitti.
I giganti della tecnologia come Apple, Meta e Google sono grandi acquirenti di energia rinnovabile, strumento essenziale per conseguire i loro obiettivi climatici. A titolo di esempio, nel 2023 è stata annunciata una capacità record di 46 GW di energia solare ed eolica, di cui Amazon era il
principale acquirente. Un esempio del carattere strategico dell'accesso all'elettricità rinnovabile per i giganti tecnologici è l'accordo tra Microsoft e Brookfield, uno dei maggiori sviluppatori mondiali di rinnovabili. In base a tale accordo, Brookfield si impegna a fornire a Microsoft oltre 10 GW di energia eolica, solare e “a forte impatto ambientale” fino al 2030 (incluse soluzioni come le celle a combustibile e le batterie di accumulo, di cui forse avete già sentito parlare). Un accordo di dimensioni otto volte superiori al più grande contratto di acquisto di energia a basse emissioni mai firmato da un'azienda.
Le aziende produttrici di elettricità nucleare.
L'energia nucleare sta emergendo come una tecnologia essenziale per soddisfare la crescente domanda di elettricità. Ciò è dovuto alle basse emissioni (assenza di emissioni di CO2) e alla capacità del nucleare di fornire una produzione stabile, risolvendo i problemi di intermittenza delle rinnovabili. L'intermittenza dell'energia solare ed eolica è dovuta alla loro dipendenza dalle condizioni meteorologiche. Di conseguenza, anche le aziende che possiedono o gestiscono centrali nucleari dovrebbero beneficiare della crescente domanda di elettricità.
L'annuncio, a marzo, della conclusione di un PPA tra la società statunitense Talen Energy, quotata in borsa, e il fornitore di servizi cloud Amazon Web Services ne è un esempio. Talen Energy fornirà elettricità prodotta con energia nucleare a uno dei data center di Amazon, con un sovrapprezzo del 50% rispetto alla tariffe di mercato.
I produttori di attrezzature industriali.
Si tratta di aziende industriali che forniscono apparecchiature ad alta efficienza energetica, dedicate alle infrastrutture dei data center. Questi dispositivi sono necessari per mantenere in funzione i server, per ridurre il rischio di guasti e soprattutto per contenere il consumo di energia, responsabile delle emissioni di gas serra dei data center.
La domanda di energia dei data center è destinata a raddoppiare nei prossimi tre anni e le implicazioni per la capacità di calcolo dedicata all’AI sono duplici:
— Per eseguire i modelli di AI è necessaria una maggiore potenza di calcolo. Ciò richiede apparecchiature e materiali elettrici che garantiscano un accesso affidabile all'elettricità e soddisfino i requisiti di efficienza energetica. Tali apparecchiature comprendono i gruppi di continuità (che intervengono in caso di guasto della rete) e le unità di distribuzione, che forniscono energia direttamente ai server.
— I data center necessitano di soluzioni di raffreddamento efficienti, perché i server AI sono spesso compatti - per ridurre la latenza - e quindi generano molto più calore. Queste soluzioni sono una delle principali fonti di costo per i data center, in quanto rappresentano il 40% dell'energia totale utilizzata. Da qui l'importanza di utilizzare soluzioni innovative ed efficienti dal punto di vista energetico. Attualmente, per il raffreddamento dei data center, vengono comunemente utilizzate apparecchiature tradizionali di riscaldamento, ventilazione e condizionamento.
Questi sistemi di raffreddamento ad aria stanno tuttavia mostrando i loro limiti: non sono infatti in grado di raffreddare i server in modo efficiente e sostenibile.
Per questo è di recente apparsa sul mercato una tecnologia più innovativa: il raffreddamento a liquido. Si tratta di una soluzione molto più adatta ai server dedicati all’AI, che prevede il posizionamento di una piastra fredda direttamente accanto a un componente, come un processore o una scheda di memoria.
AI ed elettrificazione: ulteriore crescita prevista nei prossimi anni
Il tema dell'AI e dell'aumento della domanda di energia elettrica da essa generata, in particolare attraverso i data center, ha già acquisito un notevole peso nei risultati del primo trimestre del 2024. Ciò è particolarmente evidente per le aziende statunitensi, sostenute dalla volontà di rilocalizzazione e reindustrializzazione del governo, nonché dalla crescente elettrificazione dell'industria.
Il mercato finale dei data center è quindi un chiaro vettore di sovraperformance di molte aziende, sia a livello operativo che a livello di borsa.
Questi vantaggi dovrebbero diventare evidenti nel corso degli anni, con l'aumento della domanda di elettricità «green» da parte dei data center. Questa tendenza è destinata a protrarsi ancora per molti anni.
Focus sui semiconduttori
Nel nostro mondo sempre più digitale, la penetrazione e l'uso dei semiconduttori procedono a un ritmo esponenziale. Indispensabili alla nostra vita quotidiana, i microchip sono alla base di telefoni, PC e, più in generale, di tutti i dispositivi o strumenti che utilizzano l'elettricità, al lavoro, a casa o nelle nostre tasche. I semiconduttori sono la spina dorsale della tecnologia moderna. Tuttavia, la loro adozione su larga scala ha un costo: l'esplosione inarrestabile del consumo e della generazione di dati.
Man mano che diventano più onnipresenti e avanzati, i semiconduttori alimentano la crescita di applicazioni ad alta intensità elaborativa, come l'intelligenza artificiale (AI), il cloud computing e l'Internet delle cose (IoT). Queste tecnologie si basano su enormi quantità di dati, elaborati a velocità senza precedenti, e impongono quindi immense esigenze ai data center in tutto il mondo. Questi ultimi, a cui è delegato lo stoccaggio e l'elaborazione della marea di dati generati da miliardi di dispositivi interconnessi, sono oggi grandi consumatori di energia e contribuiscono in modo significativo al consumo globale di elettricità.