O desafio de abastecer a IA

Principais conclusões

• O ritmo acelerado das demandas de energia entre os aspirantes do uso da inteligência artificial é subestimado e envolverá um esforço crescente de recursos energéticos já sobrecarregados.
• Alguns apontam que a trajetória de crescimento acelerado incorporada em muitos desses beneficiários da IA poderia atender à realidade prática, mais trabalhosa e linear, levando a uma grande redefinição nas expectativas.
• A mudança para preços de energia mais altos é um dos ventos favoráveis fundamentais mais poderosos para ações cíclicas de uso intenso de capital que apoiam o desenvolvimento da IA, e onde os benefícios finais são quase sempre subestimados - criando uma sub-reação explorável para quem investe em valor.

A força vital da infraestrutura de IA é a eletricidade

O mercado está focado no potencial transformador da inteligência artificial (IA), mas, na nossa opinião, não se familiarizou totalmente com os gargalos do mundo real associados a essa tecnologia emergente. Embora os mercados pareçam estar aumentando a oferta de unidades de processamento gráfico de ponta para atender à demanda acelerada, novos pontos de aperto surgiram conforme a corrida da IA ganha velocidade. Isso inclui o fornecimento de unidades de data center, o alinhamento de conexões com a rede elétrica e a obtenção de equipamentos de arrefecimento. Embora acreditemos que os mercados acabarão encontrando uma solução para a maioria desses impedimentos, a força vital dessa infraestrutura de IA é a eletricidade, e o acesso à rede elétrica e à capacidade de geração de energia provavelmente serão ventos contrários mais persistentes.

Inovações como a computação na nuvem têm aumentado constantemente a demanda de energia dos data centers, mas as estimativas atuais de ponta para a eletricidade necessária para a computação de IA são da ordem de 30 vezes mais por servidor. Diante da multiplicidade de servidores em um rack, número de racks em um data center e o crescente número de data centers em todo o país, é fácil entender por que o aumento agregado na demanda de energia se mostra um vento contrário não apenas para o ecossistema de IA, mas também para outros usuários de eletricidade. Como resultado, as estimativas atuais concluem que os EUA estão prestes a se adaptar ao crescimento da demanda de energia pela primeira vez em décadas a um ritmo de mais de 3% na próxima década, graças à crescente demanda por IA (Gráfico 1). Atender a esse aumento da demanda seria difícil em circunstâncias normais. O fato de também estarmos passando por, e acelerando, uma transição energética global dificultará ainda mais a tarefa.

Essa mudança, de combustíveis fósseis abundantes, mas poluentes, para renováveis na forma de energia eólica e solar, complica ainda mais o cenário. Especificamente, a variabilidade intermitente das oscilações diárias e sazonais na produção de energia torna as energias renováveis inadequadas para flexibilizar as estimativas atuais de demanda. Além disso, a construção dessas energias renováveis também implica um investimento gigantesco em infraestrutura de transmissão elétrica, uma vez que os melhores lugares para parques eólicos e solares estão frequentemente longe de áreas de alta demanda de eletricidade. Em última instância, isso implicará descobrir como acelerar a conexão de novos recursos à rede, construções de transmissão e, suspeitamos, investimento em combustíveis fósseis “menos nocivos”, como o gás natural, para gerenciar os riscos de intermitência à confiabilidade da rede.

Grandes players de IA impactarão o preço da energia

Os principais players de infraestrutura de IA (Amazon, Google, Microsoft, Meta e, cada vez mais, Oracle) não estão parados e parecem prontos para testar os sistemas existentes. Sem surpresa alguma, diante dessas dificuldades, a energia está emergindo rapidamente como o gargalo número um para construções mais substanciais de data centers de IA. Mesmo que essas empresas possam obter todas as licenças e equipamentos necessários, os prazos de entrega estão aumentando rapidamente para obter a energia. Dessa forma, muitas dessas empresas estão contornando completamente a rede, indo diretamente às empresas de energia comercial para comprar eletricidade por meio de contratos de longo prazo - muitas vezes com um prêmio significativo em relação aos preços de energia normais. Suspeitamos que esses negócios se tornarão mais predominantes conforme essas empresas se concentrarem na velocidade e que mais negócios que beneficiarão os produtores de energia estão no horizonte. Embora as novas energias renováveis tenham um papel importante a ser desempenhado, ir diretamente para as fontes de energia estabelecidas colocará os data centers em operação mais rapidamente e envolverá um uso crescente dos recursos existentes.

Mas o que é bom para grandes players de IA não se traduz necessariamente em positivo para o resto da sociedade. Veja o recente acordo com a produtora de energia nuclear Talen Energy e a Amazon, em que a Amazon contratou a compra de mais de 1 gigawatt (GW) de energia a um prêmio de 50% em relação aos preços de energia normais. Essa é uma enorme quantidade de eletricidade que, em vez de suportar a confiabilidade da rede e manter os preços da energia baixos, atenderá apenas à Amazon.

Um mercado que funcionasse bem teria novas adições que compensariam esse consumo de energia da Amazon, mas os gargalos de conexão à rede para essa nova energia significam que as operadoras de rede locais chegaram ao ponto de parar completamente de aceitar pedidos devido à grande fila de pedidos ainda não atendidos. A aceleração do crescimento da demanda com oferta de compensação insuficiente significa contas mais altas para consumidores e empresas que serão solicitados a subsidiar implicitamente as ambições de IA da Amazon.

Para piorar a situação, o preço necessário para atender à curva de oferta de energia - como qualquer commodity - não é nem remotamente linear (Gráfico 2). Uma vez que os recursos de geração de energia mais baratos se esgotem, o preço necessário para trazer uma certa quantidade de geração de energia para suportar começa a disparar em torno de 130 GW, conforme ativos de “pico” mais caros são solicitados a produzir eletricidade durante períodos de demanda de pico - normalmente dias muito quentes ou frios.

Embora o acordo de 1 GW da Amazon possa não parecer considerável em comparação com os 130 GW, diante dessa não-linearidade, removê-lo do sistema pode ter um impacto enorme no preço da energia em todo o mercado, impactando dezenas de milhões de pessoas conforme as operadoras de rede antecipam o pico da carga de inverno de cerca de 135 GW. Se a demanda neste mercado for de 100 GW, a remoção de 1 GW da oferta tem apenas um impacto fracionário nos preços totais da energia. No entanto, em 135 GW, onde a curva abaixo começa a ficar expressivamente mais alta, não é difícil ver um impacto muito mais considerável nos preços do poder de mercado.

Levando em conta que todos os concorrentes da Amazon certamente tomaram nota de sua capacidade de acelerar sua estratégia de IA com a aquisição da Talen, é bem provável que outros sigam o exemplo neste mercado, apertando ainda mais a oferta-demanda. Como resultado, um aumento parabólico nos preços da energia é uma possibilidade real nos próximos anos, conforme isso se desenvolve.

Por fim, retirar essa carga de base da rede forçará as concessionárias a contarem mais com as energias renováveis para suportar a demanda de pico, criando o risco de que elas simplesmente não possam aguentá-la, tendo em vista sua incapacidade de flexibilizar substancialmente a produção, ao contrário das usinas de gás e carvão. Na pior das hipóteses, os apagões de energia não estão fora de cena.