AIの拡張が電力網を逼迫しています。知っておくべき7つのエネルギー投資の論理

作者:Joseph Ayoub

编译:深潮 TechFlow

深潮导读:全ての人が計算能力とモデルについて議論していますが、この記事はより根本的な問題を提起します:エネルギー供給は追いついていますか?モルガン・スタンレーは、2028年にアメリカが45GWの電力不足に直面すると予測しており、大型変圧器の納期は24〜36ヶ月に達しています。一方、AIデータセンターの電力消費は毎年15%のペースで増加しています。著者は、電力網の分裂から固体変圧器、二相冷却に至るまで、7つの投資ロジックを導き出し、観点は珍しいが重要です。

全文如下:

NVIDIAは最近、「AIは5層のケーキである」というフレームワークを発表しました。今日、私はエネルギー層こそがスマート成長の制約であり、その結果を探求します。

人類文明の進歩は、私たちの道具を操る能力の結果です——ハンマー、火、馬、印刷機、電話、電球、蒸気機関、ラジオ、そしてAIなど、これらの「道具」は人類がエネルギーを生産力に変換する手段です。

根本的に、私たちはエネルギーを捕らえ、それを道具で目標に導くことによって、人間の生産性を向上させています。

簡単に言えば、人類文明の進歩の核心的論理は次の通りです:

人類の歴史の大部分において、人間は肉体エネルギーと手を目標に向かう道具として依存してきました。農耕でも書き込みでも、印刷機はエネルギーと道具がどのように協力して進歩するかの典型的な例です——1440年にグーテンベルクによって普及しました。この革新の前、人類は自らのエネルギーを消費し、ペン(道具)で手書きの情報を記録しており、非常に非効率的でした。印刷機は新たな道具を革新し、機械的に文字を押印することで肉体エネルギーの利用効率を大幅に向上させ、生産性は数桁増加しました。しかし、1450年から1800年の間、約350年の間、印刷機にはほとんど実質的な革新がありませんでした。人類がより強力なエネルギー——石炭を操るようになるまで、エネルギーの側が変わることはありませんでした。1814年、フリードリッヒ・ケーニッヒは蒸気駆動印刷機を発明し、印刷機を当時の主流エネルギー革新である石炭に適合させ、効率を5倍に向上させました。その後、印刷機は新エネルギーに高効率で適応し、生産量は時速250部から50年後には30,000部に、今日では数百万部に達しています。

したがって、新しい道具を革新し、エネルギーの操縦の限界を突破し、新しい道具のエネルギーに対する効率を高め続ける——この持続的なプロセスは今も続いています。今日、スマートは私たちが焦点を当てる新しい生産力の形態であり、エネルギーはその燃料です。重要なのは、私たちが持続可能で信頼性のあるエネルギーをどれだけ生産できるかが、道具(GPU)を駆動し、目標(スマート)に導くために、私たちが持続的にスマート成長を進められるかどうかにかかっているということです。

このテーマは、カルダーショフスケールと相互に確認し合います——後者は文明がどれだけのエネルギーを操れるかでその技術進歩のレベルを測ります、惑星から恒星、銀河、宇宙、さらには多元宇宙へと。私たちがどれだけのエネルギーを操れるかは、文明としてどれだけ進歩したかを示しています。歴史的にこの法則は常に成り立っており、未来も例外ではありません。エネルギーを操る能力こそが文明を進める根本です。

この記事の核心的な主張は、エネルギー需要が供給を急速に超えているということであり、これはスマートの進展における最初のボトルネックです。この主張の一次的および二次的な影響を探ります。

なぜエネルギー供給が鈍化しているのか?

核分裂は1939年に発見され、人類文明の誕生以来、私たちが確立した最後のエネルギー領域の重大な変化です。しかし、チェルノブイリ事故や世界が核エネルギーから再生可能エネルギーに転換する約束により、1950年以降、道具の革新とエネルギーの進歩の間に明らかな不一致が生じています。1950年の世界のエネルギー生産は2600GWで、今日では19000GW(7.3倍の増加)となっています。一見すると飛躍のように見えますが、この漸進的な線形成長は現代の計算と技術の成長に全く匹敵せず、同時期の人口成長(3.5倍)をわずかに上回る程度です。

対照的に、道具の革新の間隔は短縮されています。最初の印刷機から次の重大な改良まで364年、最初の飛行から宇宙旅行まで58年、最初のマイクロプロセッサからインターネットまで20年、今日のGPUの重大な進化は2年ごとに発生しています。私たちは道具の効率向上が加速するウィンドウに住んでおり、複数の革新が持続的に加速する周期の中で重なり合っています。AIから暗号学、量子コンピューティングに至る新たな革新が発見される速度はますます速まり、その効率の進歩も急速です——これが加速収益の法則です。

今日、データセンターは世界の電力消費の1.5%を占めており、2030年までには3%に達する見込みです——これは、蒸気機関が50年かけて達成した距離を6年で達成したことを示しています。産業革命と現在のスマート爆発の最大の違いは、産業革命が需要の増加に伴って自らのエネルギー供給を同時に構築したことです——炭鉱、運河、鉄道ネットワークとそれらを消費する機械が同時に拡大しました。これまでのエネルギー革命は全て、規模の拡大と同時に自らの供給チェーンを築いてきました;AIは既存の供給チェーンを引き継いでおり、その供給チェーンは崩れ始めています。

電力網は毎年15%の電力消費増加に対応する準備が整っておらず、アメリカの電力需要は過去10年でほぼゼロ成長です。亀裂はすでにアメリカで顕在化しています:電力網の接続待機リストは歴史的に最長となり、大型変圧器の納期は平均24〜36ヶ月に達しています。2025年には電力変圧器に30%の供給不足が予想されています。モルガン・スタンレーは、アメリカだけで2028年までに45GWの電力不足に直面すると見込んでいます。これは3300万のアメリカの家庭の電力需要に相当します。私はこの不足がこれ以上のものになる可能性があると考えています。

問題は明確です:人類はAI、ロボット、自動運転などの分野の革新の飛躍に追いつくために、エネルギーの規模を急激に拡大する必要があります。

迫り来るエネルギー不足:一次的および二次的影響

迫り来るエネルギー不足の結果は歴史的な意義を持ちます:エネルギー需要が急増し供給が不足する中で、準私有化エネルギー市場の出現を目にするかもしれません。

超大規模クラウドサービスプロバイダー(Hyperscaler)は、すでに表後(BTM)発電設備を自ら構築し始め、核動力データセンターへの拡張を計画しています。このトレンドは初めて現れています。私はこのトレンドがますます明確になると信じています。

以下に、私は7つの論点を提起します。これらはスマート爆発とそれが持続的な電力供給に及ぼす影響の派生物です。

論点一:電力網の分裂——計算能力はエネルギーに移動する、逆ではない

近接推論需要のある地域では、エネルギーが豊富で規制が緩和された法域が、エネルギーシステムの断片化と共に不均衡な価値を得ることになります。

エネルギー需要が供給を超え始めると、電力は政治的に敏感になります。家庭は投票権を持ち、データセンターは持ちません。エネルギー不足の下では、電力網が中立を保つことは難しく、価格設定、接続制限、またはソフトキャップを通じて、家庭用電力需要を工業用電力の上に置くことになります。

計算能力が遅延、オンライン時間、信頼性に極度に敏感であることを考えると、住宅用電力を優先する法域での運営は根本的に不可能です。電力網の接続が不安定または政治化するにつれて、計算能力のワークロードは表後(BTM)発電モードに移動し、そこで電力は直接保障、制御、および価格設定されることになります。

これは構造的な変化を促進します:計算能力はエネルギーが豊富で規制が緩和された経済体に移動します。勝者は土地、相互接続、発電、光ファイバーを統合して展開可能で再現可能なシステムを構築できる主体であり、これらのシステムが存在する法域も恩恵を受けることになります。

論点二:エネルギーは競争の堀となり、BTM自発電が計算能力提供者の核心能力となる

私の見解では、これはエネルギー不足が悪化する中で最も重要な一次的影響です。エネルギー需要が供給を超える世界では、安価で信頼性のある電力を得ることが、時間と共に複利的に増加する構造的コスト優位性となります。さらに、データセンターが優先的に電力網の電力を消費することは政治的に持続可能ではなく、これが現在のエネルギーの進む方向です。国家の電力網がますます逼迫する中、計算能力提供者は自ら電力を構築せざるを得なくなり、超大規模クラウドサービスプロバイダーはすでにこのトレンドを開始しています。BTM発電のインフラを持たない企業は直接淘汰されるでしょう。

本質的に、電力を持つ企業が勝ち、電力を借りる企業が負けます。BTM発電がなければ、計算能力提供者は電力の信頼性の問題(致命的)、コストの上昇、電力制限に直面します。自社発電を持たない純粋なホスティングREIT(例:Equinix、Digital Realty)は、垂直統合運営者に対して価値が下がります。エネルギー発電と計算能力ホスティングを組み合わせた企業が、最も深い堀を構築しています(Crusoe、Iren、一部の超大規模クラウドサービスプロバイダー)。これはロングショートトレードとして表現できますが、私はここで垂直統合の勝者を強調したいと思います。

論点三:BTMの標準化が革新を生む——従来の変圧器から固体変圧器、従来のスイッチング機器からデジタルスイッチング機器へ

従来の変圧器は交流電力を昇圧または降圧します。そのスケールと材料のために、納期は24〜36ヶ月に達し、30%の供給不足もあります。これらは19世紀80年代の技術であり、制限された材料に基づいた手作りです。重要なのは、BTM発電のメガワットごとにすべてが変換、調整、配送される必要があり、変圧器を回避する方法はありません。

固体変圧器は高周波電力電子デバイスでこれを置き換えます。これはより小さく、より速く、完全に制御可能で、単一ユニット内で交流-直流変換、電圧調整、双方向電流を処理します。製造も簡素化され、巨大な銅巻線や油浸タンクではなく、シリコンパワー半導体である炭化ケイ素/窒化ガリウムなどに依存します。BTMが標準アーキテクチャになるにつれて、エネルギーと計算能力の間のそのデバイスがボトルネックとなり、そのデバイスが固体変圧器(SST)です。

スイッチング機器も同様に80週の遅延を抱えており、発電と負荷の間の制御層として機能し、電力をルーティングし、故障を隔離し、システムを保護します。変圧器と同様に、スイッチング機器も労働集約型製品であり、制限された材料で製造されており、19世紀80年代以来ほとんど変わっていません。

デジタルスイッチング機器は固体電力電子デバイスでこれを置き換えます。より速く、プログラム可能で、完全に制御可能で、リアルタイム故障検出、遠隔隔離、動的負荷ルーティングを実現します。同様に重要なのは、これは工業機器ではなく、電子製品のように拡張することです。

銅に関する付随的な注意:私は銅に対して建設的な見解を持っています。銅は電子の高速道路であり、ますます電気化する世界で必要な主要な商品となるでしょう。しかし、この取引の表現方法は微妙です——従来の鉱山企業は取引として、マージンが低く、時間と共に圧縮される可能性があります。しかし、銅は代替不可能であり、時間が制約される製品端には重大なボトルネックと将来の価値の蓄積スペースが存在します。PrysmianやNexansのようなケーブルメーカーは、原材料ではなく製品の制約を販売しており、変圧器の納期が大幅に延長される中、もはや商品市場ではありません。

論点四:AIの炭素コストは政治的にますます持続不可能になり、太陽光とバッテリーを基礎とする解決策を強いる

AI構築には未評価の炭素問題があり、これは政治的な制約です。データセンターは電力料金を引き上げ、大量の水資源を消費し、地域排出を増加させます。これはすでに表れています:180億ドルのデータセンター計画が完全にキャンセルされ、460億ドルのプロジェクトが延期されました。

今日、約56%のデータセンター電力は化石燃料から供給されています。天然ガスは展開速度の問題を解決しますが、政治的には脆弱です。需要が拡大するにつれ、化石エネルギーの拡張に対する抵抗が高まり、最近では天然ガス、原子力、再生可能エネルギーの混合システムが形成されつつあります。

天然ガスはデータセンターの爆発的な成長において短期的な橋渡し役を果たしましたが、より長期的な観点から見ると、エネルギーの豊富さは燃料採掘によって解決されるのではなく、エネルギー捕獲によって解決されるべきです。太陽は地球に対して数桁以上のエネルギーを供給しています。制約は可用性ではなく、変換、貯蔵、展開にあります。

太陽光発電は計算能力のエネルギー需要の即時の解決策ではなく、究極の解決策です。

現在の商業用太陽光発電は、入射エネルギーの約22%を捕獲しています。あらゆる変換効率の向上は、メガワットあたりのコストを低下させ、BTMシステムにおいて太陽光発電が調整可能な発電と同等の経済性に近づくことを促進します。

バッテリー貯蔵はこのアーキテクチャの核心コンポーネントとなります。単に間欠性を平滑化するだけでなく、収益層としても機能します。貯蔵のアービトラージと負荷バランスは、歴史的なコストセンターをBTMオペレーターの利益貢献者に変えます。

この論点において、勝者は捕獲、貯蔵、配送をカバーする垂直統合企業です:BTM契約を持つ専門の太陽光発電開発者、電力網レベルおよびサイトレベルの製品を持つバッテリー製造業者、そして自社発電と計算能力ホスティングを統合できる少数のオペレーターです。

太陽光発電は調達と製造のゲームであり、バッテリーは制約と現金化の層であり、捕獲の利益を統合します。最先端技術は依然としてオプションであり、基礎的なシナリオではありません。この点で、テスラは引き続き大きな勝者であり続ける可能性がありますが、私は非コンセンサスの対象に限定したいと思います。

論点五:冷却が一次的な制約となり、二相直接液冷(D2C)が最前線のアプリケーションで必要不可欠になる

もう一つの結果は二相直接液冷技術の台頭です。率直に言えば、この論点も私自身の判断を取り入れています:チップの電力密度は放物線的に増加しており、これはますます厄介な熱力学の問題です。従来の風冷はさまざまな理由から根本的に持続不可能であり、主な理由は、高密度チップ上で機能しないこと、さらに水と電力消費の環境問題です。

まず、D2C冷却は散熱管理の制約を受けずに密度と性能を向上させます——これは拡張の重要な問題です。現在の市場の現実は単相冷却が主導しているため、これはより簡単です:冷水が冷却板を通じてチップを冷却しますが、既知の上限があります。チップの電力密度が1500Wを超えると、二相冷却への移行が避けられなくなります。二相冷却は、チップの周囲に誘電性液体を供給し、低温で沸騰するように設計されています——液体から気体への相変化が冷却効率を大幅に向上させます。

二相冷却はエネルギー消費を20%、水使用量を48%削減できます。この性能向上は、より密集したチップの小片封入を可能にし、性能を向上させ、最終的には高性能冷却に対する需要を高めます。

先進的な二相DTC企業Zutacoreは、誘電性液体(水ではなく)を使用した二相D2C冷却を実証し、エネルギー消費を82%削減し、完全に水消費を排除しました——この結果はVertivとインテルの研究によって検証されています。Zutacoreはこの分野で注目すべき民間オペレーターであり、さらに進んで誘電性液体サプライヤーを深く研究することも価値があるかもしれません。

論点六:原子力はエネルギー豊富さと安定供給への橋渡しとして機能するが、エネルギー拡張の長期的な解決策ではない

この記事を執筆している時、私は当初、原子力がエネルギー不足の短期的な空白を埋める良い方法だと考えていました。現実は、小型モジュール型炉(SMR)の導入コストは、天然ガスシステムの5〜10倍(1kWあたり1万〜1.5万ドル)であり、実際には大規模に導入および拡張することができません。

原子力は信頼性の問題を解決しますが、速度やコストの問題ではありません——特にBTM設置時において。これは、信頼性が交渉可能でない場面で安定した調整可能な基礎負荷電力を提供することを許可します。したがって、原子力はエネルギー不足の中でその役割を果たし、橋渡しとして機能しますが、コア供給ではありません。

原子力は燃料サイクルと建設時間に制約されています。現代の先進炉は高濃縮低濃度ウラン(HALEU)を必要とし、この燃料は今日、商業規模での供給がほとんどありません。炉が完成しても、その燃料を提供できるかどうかが原子力拡張速度の重要な制約となります。

したがって、原子力がエネルギー拡張の限界的解決策となる可能性は低いです——市場投入が遅く、資本集約的で、インフラや燃料に制約されています。それに対し、拡張が最も速いシステム——最近の天然ガス、長期的には太陽光発電と貯蔵——がギャップを縮める選択肢となります。

投資可能なボトルネックは炉ではなく燃料です。SMRの需要が拡大するにつれて、高濃縮ウランの濃縮が重要な環境となり——これは特定の炉型に依存しないボトルネックであり、どのデザインが最終的に勝利しても、価値はここに蓄積されます。

論点七:新しいエネルギーインフラグループが出現;垂直統合者は電子を計算能力に変換する

AIインフラのボトルネックはエネルギーだけでなく、大規模にエネルギーを可用計算に変換する能力にもあります。

1970年代、電力は石油と同様に不足していませんでしたが、精製と流通には問題がありました。ロックフェラーは原油採掘、精製、家庭への流通を垂直統合することにより、史上最大の企業の一つ(スタンダードオイル)を築きました。

スマート革命は同様のパターンに従います;電力は原油です。電力は十分にありますが、信頼性を持って電力を計算能力に変換することには、電力の供給、冷却、接続、許可に関して制約があります。電子の精製こそが価値の所在です。所有権が追加されるごとに信頼性が向上し、コストが低下し、利益のスペースが生まれ、垂直統合が自己強化します。

超大規模企業はこのシステムの流通層であり、計算消費の最終端です。しかし、構造的な機会は、流通業者が強制的に購入するインフラを所有することにあります。これにより、発電、変換、冷却、ホスティングを一体化した新しいエネルギーインフラグループが創出されます。

最も明確な表現は、私有市場の垂直統合オペレーターとしてのCrusoeやLancium、公共市場の原生計算プラットフォームとしてのIrenやcore Scientificであり、彼らは最も難しく再現できる基盤を既に所有しています;エネルギーです。

電子の流れをラックに制御する企業は、AI経済において最も深い堀を構築しています。ソフトウェアは物理インフラを飲み込むことはできません。

原文表示
このページには第三者のコンテンツが含まれている場合があり、情報提供のみを目的としております(表明・保証をするものではありません)。Gateによる見解の支持や、金融・専門的な助言とみなされるべきものではありません。詳細については免責事項をご覧ください。
  • 報酬
  • コメント
  • リポスト
  • 共有
コメント
コメントを追加
コメントを追加
コメントなし
  • ピン