Perluasan AI sedang membebani jaringan listrik, 7 logika investasi energi yang harus Anda ketahui

Penulis: Joseph Ayoub

Terjemahan: Shen Chao TechFlow

Panduan Shen Chao: Semua orang membahas daya komputasi dan model, tetapi artikel ini mengajukan pertanyaan yang lebih mendasar: Apakah pasokan energi dapat mengikuti? Morgan Stanley memprediksi bahwa pada tahun 2028, AS akan menghadapi kekurangan daya sebesar 45GW, sementara waktu pengiriman transformator besar telah mencapai 24 hingga 36 bulan, dan konsumsi listrik pusat data AI tumbuh sebesar 15% setiap tahun. Penulis kemudian merumuskan 7 logika investasi, dari pemisahan jaringan listrik hingga transformator padat hingga pendinginan dua fase, dengan sudut pandang yang jarang tetapi krusial.

Isi lengkapnya adalah sebagai berikut:

NVIDIA baru-baru ini merilis kerangka “AI adalah kue lima lapis”. Hari ini saya akan berargumen bahwa lapisan energi adalah batasan yang mengikat pertumbuhan cerdas, dan menjelajahi konsekuensinya.

Kemajuan peradaban manusia adalah hasil dari kemampuan kita dalam mengendalikan alat—apakah itu palu, api, kuda, mesin cetak, telepon, bohlam, mesin uap, radio, atau AI. Alat-alat ini adalah cara manusia mengubah energi menjadi produktivitas.

Secara mendasar, kita meningkatkan produktivitas manusia dengan menangkap energi dan menggunakan alat untuk mengarahkannya pada tujuan.

Singkatnya, logika inti dari kemajuan peradaban manusia adalah sebagai berikut:

Untuk sebagian besar sejarah manusia, manusia bergantung pada energi tubuh dan tangan mereka sebagai alat untuk mendorong tujuan, baik itu pertanian atau penulisan. Mesin cetak adalah contoh klasik tentang bagaimana energi dan alat berkolaborasi untuk kemajuan—diperkenalkan oleh Gutenberg pada tahun 1440. Sebelum inovasi ini, manusia menghabiskan energi sendiri, menulis informasi dengan pena (alat) secara sangat tidak efisien. Mesin cetak memperkenalkan alat baru yang secara besar-besaran meningkatkan efisiensi penggunaan energi tubuh, sehingga produktivitas meningkat beberapa tingkat. Namun, dari tahun 1450 hingga 1800, selama hampir 350 tahun, mesin cetak hampir tidak mengalami inovasi substansial. Sampai manusia mengendalikan sumber energi yang lebih kuat—batubara—yang mengubah sisi energi dari persamaan. Pada tahun 1814, Friedrich Koenig menciptakan mesin cetak bertenaga uap, mengadaptasi mesin cetak ke inovasi energi yang dominan saat itu—batubara, yang meningkatkan efisiensi hingga 5 kali lipat. Sejak itu, mesin cetak terus beradaptasi dengan energi baru secara efisien, dari 250 salinan per jam menjadi 30.000 salinan 50 tahun kemudian, dan kini sudah mencapai jutaan salinan.

Oleh karena itu, inovasi alat baru yang terus menerus, melampaui batasan pengendalian energi, dan meningkatkan efisiensi alat baru terhadap energi yang tersedia—proses berkelanjutan ini terus berlanjut hingga hari ini. Saat ini, kecerdasan adalah bentuk produktivitas baru yang kita fokuskan, dan energi adalah bahan bakarnya. Kuncinya adalah, apakah kita dapat terus mendorong pertumbuhan cerdas, tergantung pada seberapa banyak energi yang dapat kita produksi secara berkelanjutan dan dapat diandalkan untuk menggerakkan alat (GPU) dan mengarahkannya pada tujuan (kecerdasan).

Topik ini berhubungan dengan skala Kardashev—yang mengukur tingkat kemajuan teknologis suatu peradaban berdasarkan seberapa banyak energi yang dapat mereka kendalikan, dari planet hingga bintang hingga galaksi hingga alam semesta hingga multiverse. Seberapa banyak energi yang dapat kita kendalikan menandakan seberapa jauh kita telah maju sebagai peradaban. Sepanjang sejarah, pola ini selalu berlaku, dan masa depan tidak akan menjadi pengecualian. Kemampuan untuk mengendalikan energi adalah dasar untuk memajukan peradaban.

Argumen inti dari artikel ini adalah: permintaan energi sedang dengan cepat melampaui pasokan, yang menjadi kendala utama untuk memajukan kecerdasan. Saya akan mengeksplorasi dampak tingkat pertama dan kedua dari argumen ini.

Mengapa pasokan energi melambat?

Penemuan fusi nuklir pada tahun 1939 adalah perubahan besar terakhir di bidang energi yang kita ciptakan sejak peradaban manusia lahir. Namun, akibat kecelakaan Chernobyl dan komitmen global untuk beralih ke energi terbarukan, sejak tahun 1950, telah terjadi ketidaksesuaian yang jelas antara inovasi alat dan kemajuan energi. Produksi energi global pada tahun 1950 adalah 2600GW, dan hari ini menjadi 19000GW (pertumbuhan 7,3 kali). Ini tampaknya merupakan lompatan, tetapi pertumbuhan linier yang bertahap ini jauh dari mencukupi untuk mencocokkan pertumbuhan komputasi dan teknologi modern, bahkan hanya sedikit melebihi pertumbuhan populasi sebesar 3,5 kali selama periode yang sama.

Sebaliknya, jarak antar inovasi alat sedang menyusut. Mesin cetak pertama hingga perbaikan besar berikutnya memakan waktu 364 tahun, penerbangan pertama hingga perjalanan luar angkasa memakan waktu 58 tahun, mikroprosesor pertama hingga internet memakan waktu 20 tahun, sedangkan kini lompatan besar GPU terjadi setiap 2 tahun. Kita hidup di jendela peningkatan efisiensi alat yang semakin cepat, di mana banyak inovasi saling tumpang tindih dalam siklus yang terus mempercepat. Dari AI hingga kriptografi hingga komputasi kuantum, kecepatan penemuan inovasi baru semakin cepat, dan kemajuan efisiensinya juga semakin pesat—ini adalah hukum pengembalian yang dipercepat.

Saat ini, pusat data menyumbang 1,5% dari konsumsi listrik global, dan diperkirakan akan mencapai 3% pada tahun 2030—dalam waktu 6 tahun telah mencakup jarak yang ditempuh oleh mesin uap dalam 50 tahun. Perbedaan kunci antara revolusi industri dan ledakan kecerdasan saat ini adalah: revolusi industri membangun pasokan energinya sendiri sambil memenuhi peningkatan permintaan—tambang batu bara, saluran air, jaringan kereta api, dan mesin yang mengkonsumsi mereka berkembang secara bersamaan. Setiap revolusi energi sebelumnya membangun rantai pasokan mereka sendiri saat memperluas skala; AI mewarisi rantai pasokan yang sudah ada, dan rantai pasokan ini telah mulai runtuh.

Jaringan listrik sama sekali tidak siap untuk menghadapi peningkatan konsumsi listrik sebesar 15% setiap tahun akibat ledakan kecerdasan, sedangkan permintaan listrik AS dalam dekade terakhir hampir tidak tumbuh. Retakan telah mulai muncul di AS: antrean akses jaringan listrik mencapai rekor terpanjang, waktu pengiriman transformator besar telah mencapai rata-rata 24 hingga 36 bulan, dan pada tahun 2025, transformator listrik menghadapi kekurangan pasokan sebesar 30%. Morgan Stanley memperkirakan bahwa hanya di AS, pada tahun 2028 akan menghadapi kekurangan daya sebesar 45GW, setara dengan kebutuhan listrik 33 juta rumah tangga AS. Saya percaya bahwa kekurangan ini mungkin jauh lebih besar dari itu.

Masalahnya sangat jelas: manusia perlu secara radikal memperluas skala energi untuk mengikuti lompatan inovasi di bidang AI, robotika, dan mobil otonom.

Kekurangan energi yang akan datang: dampak tingkat pertama dan kedua

Konsekuensi dari kekurangan energi yang akan datang memiliki makna sejarah: dengan permintaan energi yang melonjak dan pasokan yang tidak mencukupi, kita mungkin akan melihat munculnya pasar energi semi-swasta.

Penyedia layanan cloud berskala besar (Hyperscaler) telah mulai membangun fasilitas pembangkit listrik di belakang meteran (BTM) dan berencana untuk memperluas ke pusat data bertenaga nuklir, tren ini sudah terlihat. Saya percaya tren ini hanya akan semakin jelas.

Berikut adalah 7 argumen yang saya ajukan, semuanya merupakan turunan dari ledakan kecerdasan dan dampaknya terhadap pasokan listrik yang terus tertekan.

Argumen pertama: pemisahan jaringan listrik—daya komputasi akan bergerak menuju energi, bukan sebaliknya

Di daerah dengan permintaan komputasi yang berdekatan, yurisdiksi yang memiliki energi melimpah dan regulasi yang longgar akan mendapatkan nilai yang tidak proporsional seiring dengan fragmentasi sistem energi.

Ketika permintaan energi mulai melampaui pasokan, listrik akan menjadi sensitif secara politik. Rumah tangga memiliki hak suara, pusat data tidak. Dalam kekurangan energi, jaringan listrik tidak mungkin tetap netral, tetapi akan melalui penetapan harga, pembatasan akses, atau batasan lunak, menempatkan permintaan listrik rumah tangga di atas permintaan listrik industri.

Mengingat sensitivitas daya komputasi terhadap latensi, waktu online, dan keandalan, beroperasi di yurisdiksi yang memprioritaskan kebutuhan listrik rumah tangga sama sekali tidak mungkin. Seiring akses jaringan listrik menjadi tidak stabil atau terpolitisasi, beban kerja komputasi akan berpindah ke mode pembangkit listrik BTM, di mana listrik dapat dijamin, dikendalikan, dan dipasarkan secara langsung.

Ini akan mendorong perubahan struktural: daya komputasi akan berpindah ke ekonomi yang memiliki energi melimpah dan regulasi yang longgar. Pemenangnya adalah mereka yang dapat mengintegrasikan tanah, konektivitas, pembangkit energi, dan serat optik menjadi sistem yang dapat diterapkan dan dapat direplikasi, yurisdiksi tempat sistem tersebut berada juga akan mendapatkan manfaat.

Argumen kedua: energi menjadi parit kompetitif, pembangkit listrik BTM menjadi kemampuan inti yang membedakan penyedia daya komputasi

Menurut saya, ini adalah dampak tingkat pertama yang paling krusial dari meningkatnya kekurangan energi. Dalam dunia di mana permintaan energi melebihi pasokan, mendapatkan listrik yang murah dan dapat diandalkan adalah keunggulan biaya struktural yang tumbuh seiring waktu. Selain itu, prioritas pusat data untuk menggunakan listrik dari jaringan secara politik tidak berkelanjutan, dan inilah arah energi saat ini. Ketegangan pada jaringan listrik nasional akan memaksa penyedia daya komputasi untuk membangun pembangkit listrik mereka sendiri, penyedia layanan cloud berskala besar telah memulai tren ini. Infrastruktur tanpa pembangkit listrik BTM akan langsung tereliminasi.

Pada dasarnya, perusahaan yang memiliki listrik yang menang, sementara perusahaan yang menyewa listrik kalah. Tanpa pembangkit listrik BTM, penyedia daya komputasi akan menghadapi masalah keandalan listrik (yang fatal), kenaikan biaya, dan pembatasan penggunaan listrik. Perusahaan REIT yang hanya menyewa (seperti Equinix, Digital Realty) akan mengalami penurunan nilai dibandingkan operator yang terintegrasi secara vertikal. Perusahaan yang menggabungkan pembangkit listrik dengan penyewaan daya komputasi sedang membangun parit terkuat (Crusoe, Iren, dan beberapa penyedia layanan cloud berskala besar). Ini dapat dinyatakan sebagai perdagangan long-short, tetapi saya lebih cenderung menekankan pemenang dalam integrasi vertikal di sini.

Argumen ketiga: standar BTM memicu inovasi—dari transformator tradisional ke transformator padat, dari perangkat saklar tradisional ke perangkat saklar digital

Transformator tradisional meningkatkan atau menurunkan daya listrik dari jaringan AC. Karena ukurannya dan material yang digunakan, waktu pengiriman telah mencapai 24 hingga 36 bulan, dan terdapat kekurangan pasokan sebesar 30%. Mereka juga merupakan teknologi dari abad ke-19 yang diproduksi secara manual di sekitar bahan yang terbatas. Kuncinya adalah, setiap megawatt dari pembangkit listrik BTM harus dikonversi, diatur, dan didistribusikan ke sisi komputasi, dan transformator tidak memiliki cara untuk menghindarinya.

Transformator padat menggantikan semua ini dengan perangkat elektronik daya frekuensi tinggi. Mereka lebih kecil, lebih cepat, sepenuhnya dapat dikendalikan, dan menangani konversi AC-DC, pengaturan tegangan, dan arus dua arah dalam satu unit. Proses pembuatannya juga lebih sederhana, bergantung pada semikonduktor daya berbasis silikon seperti silikon karbida/gallium nitride, alih-alih gulungan tembaga besar dan tangki berisi minyak. Seiring BTM menjadi arsitektur standar, perangkat yang menghubungkan energi dan komputasi menjadi hambatan, dan perangkat itu adalah transformator padat (SST).

Perangkat saklar juga menghadapi penundaan 80 minggu, dan berfungsi sebagai lapisan kontrol antara pembangkit dan beban, bertanggung jawab untuk meroute listrik, mengisolasi kesalahan, dan melindungi sistem. Sama seperti transformator, perangkat saklar juga merupakan produk yang padat tenaga kerja, diproduksi dengan bahan yang terbatas, dan hampir tidak berubah sejak abad ke-19.

Perangkat saklar digital menggantikan semua ini dengan perangkat elektronik daya padat. Lebih cepat, dapat diprogram, sepenuhnya dapat dikendalikan, memungkinkan deteksi kesalahan secara real-time, isolasi jarak jauh, dan routing beban dinamis. Sama pentingnya, perangkat ini dapat diperluas layaknya produk elektronik, bukan perangkat industri.

Catatan tambahan tentang tembaga: Saya memiliki pandangan konstruktif tentang tembaga. Tembaga adalah jalan raya untuk elektronik, dan akan menjadi komoditas utama yang dibutuhkan di dunia yang semakin teraliri listrik. Namun, cara perdagangan ini diekspresikan adalah hal yang halus—perusahaan tambang tradisional memiliki margin laba rendah dan mungkin tertekan seiring waktu. Namun, di sisi produk jadi yang tidak tergantikan dan terbatas dalam waktu, terdapat kemacetan signifikan dan ruang akumulasi nilai di masa depan. Produsen kabel seperti Prysmian dan Nexans menjual batasan produk jadi, bukan bahan mentah, dan dengan waktu pengiriman transformator yang semakin lama, ini tidak lagi menjadi pasar komoditas.

Argumen keempat: biaya karbon AI semakin sulit secara politik untuk dipertahankan, akan memaksa solusi berbasis tenaga surya dan baterai

Pembangunan AI menghadapi masalah karbon yang belum dihargai, yang merupakan kendala politik. Pusat data menaikkan harga listrik, mengkonsumsi sumber daya air dalam jumlah besar, dan meningkatkan emisi lokal. Ini telah terlihat: proyek pusat data senilai 18 miliar dolar dibatalkan sepenuhnya, dan proyek senilai 46 miliar dolar ditunda.

Saat ini, sekitar 56% dari daya pusat data berasal dari bahan bakar fosil. Gas alam menyelesaikan masalah kecepatan penerapan, tetapi secara politik sangat rentan. Seiring dengan meningkatnya permintaan, penolakan terhadap ekspansi energi fosil meningkat, memaksa terbentuknya sistem campuran gas alam, energi nuklir, dan energi terbarukan dalam waktu dekat.

Meskipun gas alam berfungsi sebagai jembatan jangka pendek dalam ledakan pusat data, dari perspektif waktu yang lebih panjang, ketersediaan energi tidak dapat diselesaikan dengan ekstraksi bahan bakar, tetapi dengan penangkapan energi. Energi yang dikirimkan matahari ke Bumi jauh lebih tinggi dari yang dikonsumsi manusia. Kendala bukan terletak pada ketersediaan, tetapi pada konversi, penyimpanan, dan penerapan.

Energi surya bukanlah solusi instan untuk permintaan energi komputasi, melainkan solusi akhir.

Saat ini, energi surya komersial menangkap sekitar 22% dari energi yang masuk. Setiap peningkatan efisiensi konversi akan menurunkan biaya per megawatt, mendorong energi surya dalam sistem BTM untuk lebih mendekati paritas pembangkit listrik yang dapat dijadwalkan.

Penyimpanan baterai menjadi komponen inti dalam arsitektur ini. Tidak hanya untuk meratakan ketidakstabilan, tetapi juga sebagai lapisan pendapatan. Arbitrase penyimpanan dan penyeimbangan beban akan mengubah pusat biaya historis menjadi kontributor laba bagi operator BTM.

Dalam argumen ini, pemenangnya adalah perusahaan yang terintegrasi secara vertikal, mencakup penangkapan, penyimpanan, dan distribusi: pengembang energi surya profesional yang memiliki kontrak BTM, produsen baterai yang memiliki produk tingkat jaringan dan tingkat lokasi, serta sedikit operator yang mampu menggabungkan pembangkit listrik mereka sendiri dengan penyewaan daya komputasi.

Energi surya adalah permainan pengadaan dan manufaktur, baterai adalah lapisan kendala dan monetisasi, mengintegrasikan laba penangkapan, teknologi terdepan masih merupakan opsi alih-alih skenario dasar. Dalam hal ini, Tesla mungkin tetap menjadi pemenang besar, tetapi saya akan memilih untuk terbatas pada target yang tidak konsensus.

Argumen kelima: pendinginan menjadi kendala tingkat pertama, pendinginan cair langsung dua fase (D2C) akan menjadi keharusan dalam aplikasi terdepan

Dampak lainnya adalah munculnya teknologi pendinginan cair langsung dua fase. Secara jujur, argumen ini juga terintegrasi dengan penilaian saya sendiri: kepadatan daya chip sedang tumbuh dalam lintasan parabola, ini merupakan masalah termodinamika yang semakin rumit. Pendinginan udara tradisional tidak dapat berkelanjutan karena berbagai alasan, alasan utama adalah bahwa itu tidak dapat bekerja pada chip dengan kepadatan lebih tinggi, ditambah dengan masalah lingkungan dari konsumsi air dan listrik.

Pertama, pendinginan D2C mendorong kepadatan dan kinerja tanpa batasan manajemen panas—ini adalah isu kunci untuk perluasan. Realitas pasar saat ini adalah pendinginan satu fase yang mendominasi, karena lebih sederhana: air dingin mengalir melalui pelat pendingin untuk mendinginkan chip, tetapi ada batasan yang diketahui. Ketika kepadatan daya chip melebihi 1500W, transisi ke pendinginan dua fase akan menjadi tak terhindarkan. Pendinginan dua fase akan memompa cairan dielektrik di sekitar chip, dirancang untuk mendidih pada suhu rendah—perubahan fase dari cair ke gas secara signifikan meningkatkan efisiensi pendinginan.

Pendinginan dua fase dapat mengurangi konsumsi energi sebesar 20% dan mengurangi penggunaan air sebesar 48%. Peningkatan kinerja ini memungkinkan chip yang lebih padat dalam paket kecil, meningkatkan kinerja, dan akhirnya menghasilkan permintaan yang lebih tinggi untuk pendinginan berkinerja tinggi.

Perusahaan DTC dua fase terkemuka, Zutacore, menunjukkan penggunaan cairan dielektrik (bukan air) dalam pendinginan D2C dua fase, yang mengurangi konsumsi energi sebesar 82% dan sepenuhnya menghilangkan konsumsi air—hasil ini telah diverifikasi oleh penelitian Vertiv dan Intel. Zutacore adalah operator swasta yang patut diperhatikan di bidang ini, lebih lanjut, melakukan penelitian mendalam tentang pemasok cairan dielektrik juga mungkin bernilai.

Argumen keenam: energi nuklir bisa menjadi jembatan menuju ketersediaan energi dan pasokan listrik yang stabil, tetapi bukan jawaban jangka panjang untuk ekspansi energi

Ketika menulis artikel ini, saya awalnya menganggap bahwa energi nuklir adalah cara yang baik untuk mengisi kekurangan energi dalam jangka pendek. Realitinya adalah bahwa biaya penerapan reaktor modul kecil (SMR) adalah 5 hingga 10 kali lipat dari sistem gas alam yang sebanding (setiap kilowatt 10.000 hingga 15.000 dolar), dan sebenarnya tidak dapat diterapkan dan diperluas secara besar-besaran.

Energi nuklir menyelesaikan masalah keandalan, bukan masalah kecepatan atau biaya—terutama pada saat pemasangan BTM. Ini memungkinkan penyediaan daya beban dasar yang stabil dan dapat dijadwalkan di tempat-tempat di mana keandalan tidak dapat dinegosiasikan. Oleh karena itu, energi nuklir memiliki perannya dalam kekurangan energi, sebagai jembatan dan bukan sebagai pasokan inti.

Energi nuklir terhambat oleh siklus bahan bakar dan waktu pembangunan. Reaktor canggih saat ini memerlukan uranium rendah yang sangat kaya (HALEU), dan bahan bakar ini hampir tidak memiliki pasokan skala komersial saat ini. Bahkan jika reaktor selesai dibangun, apakah bahan bakar dapat disediakan untuknya, menjadi kendala kunci untuk kecepatan ekspansi energi nuklir.

Oleh karena itu, energi nuklir tidak mungkin menjadi solusi marginal untuk ekspansi energi—ia masuk pasar dengan lambat, intensif modal, dan terhambat oleh infrastruktur dan bahan bakar. Sebaliknya, sistem yang berkembang paling cepat—baru-baru ini gas alam, dalam jangka panjang adalah energi surya dan penyimpanan—adalah opsi untuk menyempitkan kesenjangan.

Kendala yang dapat diinvestasikan bukanlah reaktor, tetapi bahan bakar. Seiring meningkatnya permintaan SMR, pengayaan uranium dengan kepadatan tinggi akan menjadi bagian penting—sebuah hambatan yang tidak terkait dengan tipe reaktor tertentu, terlepas dari desain mana yang akhirnya menang, nilai akan terakumulasi di sini.

Argumen ketujuh: munculnya kelompok infrastruktur energi baru; integrator vertikal akan mengubah listrik menjadi kemampuan komputasi

Kendala infrastruktur AI tidak hanya terletak pada energi, tetapi juga pada kemampuan untuk mengubah energi menjadi komputasi yang dapat digunakan dalam skala besar.

Pada tahun 1970-an, mirip dengan listrik, minyak tidak langka, tetapi ada masalah dalam pemurnian dan distribusi. Rockefeller membangun sebuah perusahaan dengan cara mengintegrasikan vertikal pengambilan minyak mentah, pemurnian, dan distribusi ke rumah—ini adalah salah satu perusahaan terbesar dalam sejarah (Standard Oil).

Revolusi kecerdasan mengikuti pola yang sama; listrik sama seperti minyak mentah. Listrik berlimpah, tetapi mengubah listrik menjadi kemampuan komputasi yang dapat diandalkan memiliki kendala dalam hal pengiriman listrik, pendinginan, konektivitas, dan lisensi. Pemurnian elektronik adalah nilai sebenarnya. Setiap lapisan kepemilikan yang ditambahkan akan meningkatkan keandalan, menurunkan biaya, dan memperoleh ruang laba, sehingga integrasi vertikal menjadi semakin menguat.

Perusahaan berskala besar adalah lapisan distribusi dari sistem ini, serta terminal konsumsi komputasi. Namun, peluang struktural terletak pada infrastruktur yang harus dibeli oleh distributor. Ini menciptakan kategori baru kelompok infrastruktur energi, yaitu operator yang mengendalikan pembangkit listrik, konversi, pendinginan, dan penyewaan.

Ekspresi yang paling jelas adalah operator integrasi vertikal di pasar swasta, seperti Crusoe dan Lancium, serta platform komputasi asli di pasar publik, seperti Iren dan core Scientific, yang sudah memiliki dasar yang paling sulit untuk ditiru; energi.

Perusahaan yang mengendalikan aliran elektronik ke rak sedang membangun parit terkuat dalam ekonomi AI. Perangkat lunak tidak dapat menelan infrastruktur fisik.