چگونه مصرف منعطف برق، بحران انرژی مراکز داده هوش مصنوعی را حل می‌کند؟

یک باشگاه فوتبال را تصور کنید که برای جابهجایی تیم در مسابقات سالانه، یک ون مسافربری خریده است. این خودرو در بیشتر روزهای سال بدون استفاده در پارکینگ می‌ماند؛ اما خرید آن تصمیمی کاملاً درست بوده است، زیرا نبود خودرو در روزهای برگزاری مسابقات باعث میشد کل تیم سرگردان بماند.

شبکه برق آمریکا نیز دقیقاً با همین الگو کار می‌کند و آمارهای تازه نشان می‌دهند که چه بخش ناچیزی از ظرفیت آن به کار گرفته می‌شود. به موجب یک قانون جدید ایالتی، شرکت‌های خدماتی ویرجینیا آمار عملکرد خود را منتشر کردند. در سال منتهی به ژوئیه، شبکه توزیع تحت مدیریت شرکت Dominion Energy، که بازیگر اصلی رونق مراکز داده در شمال ویرجینیا به‌شمار می‌رود، به‌طور میانگین تنها از ۴۱ درصد ظرفیت خود استفاده کرده است.

حتی در شلوغترین ساعات سال نیز این سیستم به‌طور متوسط روی ۸۰ درصد ظرفیت کار میکرد، بهطوری که در برخی بخش‌ها مصرف بالاتر و در نقاطی دیگر پایین‌تر بود. در مناطق روستایی جنوب غربی این ایالت که تقاضای انرژی روندی نزولی داشته است، شرکت Appalachian Power میانگین مصرف سالانه را ۱۴ درصد و در زمان اوج مصرف ۵۴ درصد اعلام کرد.

ظرفیت شبکه‌های برق معمولاً برای همان چند ساعت محدودی از سال طراحی می‌شود که همه مشترکان کولرهای گازی را به‌طور هم‌زمان روشن می‌کنند، و توسعه شبکه برای این ساعات محدود بسیار پرهزینه است. مرکز دادهای که به‌صورت شبانهروزی با حداکثر توان برق مصرف می‌کند، این سقف اوج بار را بالاتر می‌برد؛ بالا رفتن اوج بار نیز به معنای خرید ون دیگری است که بیشتر سال در پارکینگ خاک می‌خورد و جز هزینه، ثمری به‌همراه ندارد.

استفاده از راهکار انعطافپذیری

پژوهشگران بر این باورند که مسیری ارزان‌تر از ساخت نیروگاه‌ها و خطوط انتقال جدید وجود دارد؛ راهکاری که بر یک ویژگی باارزش تکیه می‌کند: انعطافپذیری. محققان دانشگاه دوک محاسبه کردند که شبکه برق فعلی می‌تواند نزدیک به ۱۰۰ گیگاوات تقاضای جدید را پوشش دهد، مشروط بر اینکه مشترکان جدید بپذیرند مصرف انرژی خود را فقط برای حدود نیم درصد از کل زمان سال کاهش دهند.

این مطالعه بازتاب گستردهای در محافل انرژی پیدا کرد و گوگل خیلی زود نویسنده اصلی این مقاله را به استخدام خود درآورد. ایده اصلی این پژوهش در قالب یک معامله خلاصه می‌شود: مشترک می‌پذیرد در ساعات محدودی که شبکه محلی زیر بار سنگین قرار دارد مصرفش محدود شود، و در عوض به‌جای سال‌ها معطلی، ظرف چند ماه به شبکه برق وصل می‌شود.

روشن‌ترین پیشینه موفقیت این راهکار به شرکت کالیفرنیایی PG&E تعلق دارد. شرکت‌های راهاندازی ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی که برق زیادی از شبکه می‌کشند، با شرکت در طرح آزمایشی Flex Connect مشاهده کردند که زمان انتظار آنها برای اتصال به برق از یک تا سه سال، به چهار تا هشت ماه کاهش پیدا کرد.

در طول دو سال اول اجرای این طرح آزمایشی، توان درخواستی شرکتکنندگان در ۹۰ درصد مواقع کاملاً در دسترس بود. در ساعاتی هم که برق کامل تأمین نمیشد، اعمال محدودیت‌ها در کمتر از یک درصد از کل زمان کاری، فعالیت‌های آنها را تحت تأثیر قرار داد.

استفاده از باتری‌های صنعتی شیوه دیگری برای کاستن از فشار در ساعات اوج بار به‌شمار می‌رود. در سال ۲۰۲۵، یک شرکت مراکز داده در اورگان توانست با پذیرش نصب یک باتری ۳۱ مگاواتی، مجوز اتصال بسیار سریع‌تری از شرکت Portland General Electric دریافت کند؛ باتری قدرتمندی که برای تأمین برق حدود ۲۵ هزار خانه به مدت دو ساعت کافی است و در صورت نیاز، مرکز داده می‌تواند مصرف خود را روی آن منتقل کند.

برخی دیگر از شرکت‌ها خود فرآیندهای محاسباتی را منعطف کردند. گوگل این مسیر را با به تعویق انداختن کارهای غیرفوری در زمان اوج فشار بر شبکه‌های برق بلژیک و تایوان آغاز کرد. این شرکت در سال ۲۰۲۴، هنگامی که شبکه برق اوماها زیر بار سنگین قرار گرفت، سه بار پردازش‌های یاد‌گیری ماشین را کاهش داد یا به زمان دیگری موکول کرد. گوگل در سال جاری نیز به پنج شرکت توزیع برق وعده داد که هنگام فشار بر شبکه، تا یک گیگاوات از تقاضای مراکز داده خود بکاهد.

هم‌زمان، استارتاپها در حال عرضه نرم‌افزارهایی هستند که می‌توانند هنگام اوج بار شبکه، پردازش‌های هوش مصنوعی را کند کنند، به حالت تعلیق درآورند یا به نقاط دیگری انتقال دهند. شیوه‌های متعددی برای این کار وجود دارد و ابزارهای تازهای نیز به‌طور مداوم ارائه می‌شوند.

هزینه‌های سنگین انفعال و انتظار

انعطافپذیری مصرف برق هم‌اکنون در برخی مناطق به یک ضرورت قانونی تبدیل شده است. قانونی در سال ۲۰۲۵ در تگزاس تصویب شد که مراکز داده بزرگ و تازهتأسیس را ملزم می‌کند تجهیزاتی نصب کنند تا اپراتور شبکه بتواند در مواقع بحرانی، برق آنها را از راه دور قطع کند. در اواخر سال گذشته نیز کمیسیون فدرال تنظیم مقررات انرژی (FERC) به اپراتور شبکه PJM دستور داد تا گزینه‌های انتقال برق قطعپذیر را برای مراکز دادهای که در مجاورت نیروگاه‌ها احداث می‌شوند فراهم کند. اپراتور Southwest Power Pool نیز که بخش بزرگی از دشت‌های مرکزی آمریکا را پوشش می‌دهد، اقدام مشابهی را به اجرا گذاشت.

بدون شک ماندن در صف اتصال به شبکه بسیار پرهزینه است و در بازارهای پرتقاضا این انتظار ممکن است سال‌ها طول بکشد. یک پردازنده Nvidia را در نظر بگیرید که ۳۰ هزار دلار قیمت دارد و در یک دوره سه تا پنج ساله مستهلک می‌شود؛ یعنی سالانه بین ۶ تا ۱۰ هزار دلار افت ارزش پیدا می‌کند. خوش‌های متشکل از ۱۰۰ هزار عدد از این پردازنده‌ها را تصور کنید که در انتظار دریافت برق خاک می‌خورند؛ درست مشابه وضعیتی که سال گذشته ساتیا نادلا، مدیرعامل مایکروسافت، اعلام کرد بخشی از تراشه‌های این شرکت گرفتارش شده بودند. یک سال معطلی برای چنین مجموعه‌ای به معنای هدررفت ۶۰۰ میلیون تا یک میلیارد دلار ارزش پردازشی بالقوه است.

البته مصالحه بر سر انعطافپذیری نیز برای شرکت‌ها بیهزینه نیست، هرچند این رقم بسیار کمتر است. برای کمپانی‌هایی که در مسابقه ساخت مدل‌های قدرتمندتر هوش مصنوعی رقابت می‌کنند، حتی چند ساعت توقف هم اهمیت دارد. اگر آن ۱۰۰ هزار تراشه در مجموع معادل ۴۴ ساعت در طول سال غیرفعال بمانند، ارزش پردازش ازدسترفته رقمی بین ۳ تا ۵ میلیون دلار خواهد بود که در مقایسه با خسارت یک سال معطلی، کاملاً ناچیز است.

مدیریت منعطف بار نمی‌تواند نیاز شبکه‌های کهنه به نوسازی اساسی را کاملاً برطرف کند، چراکه تجهیزات فرسوده در هر صورت باید تعویض شوند. با این وجود، شرکت‌های برق قصد دارند تا سال ۲۰۳۰ دست‌کم ۱.۴ تریلیون دلار سرمایه‌گذاری کنند که رشد مصرف مراکز داده از دلایل اصلی آن است، در حالی که تحویل یک ترانسفورماتور بزرگ ممکن است بیش از دو سال زمان ببرد. بهکارگیری انعطافپذیری در مصرف می‌تواند هم این صورتحساب سنگین و هم‌زمان انتظار طولانی را به‌شکل چشمگیری کاهش دهد.