2024 ABD Veri Merkezi Enerji Kullanımı Raporu (LBNL-2001637, Aralık 2024)

Özet

2020 Enerji Yasası, DOE'den LBNL'nin 2016 çalışmasının güncellenmesini istedi. Sonuç, elektrik kullanımını 2014'e kadar tahmin eder ve 2028'e kadar bir senaryo aralığı verir. ABD veri merkezleri 2014-2016'da yaklaşık 60 TWh'de kaldı; ardından GPU hızlandırmalı sunucular yeterince büyüdü ve kullanım 2018'de yaklaşık 76 TWh'ye (ABD elektriğinin %1,9'u), 2023'te 176 TWh'ye (%4,4) ulaştı. 2028 için senaryolar yaklaşık 325 ile 580 TWh arasındadır; bu, %50 ortalama kapasite kullanımında 74-132 GW'a ve öngörülen ABD elektriğinin %6,7-12,0'ına denk gelir. Bileşik yıllık büyüme 2014-2018'de yaklaşık %7, 2018-2023'te %18, 2023-2028'de %13-27'dir.

Yöntem, yukarıdan aşağı ve ekstrapolasyon yaklaşımları yerine kurulu tabana dayalı aşağıdan yukarı bir modeldir; çünkü henüz elektrik sağlayıcısı seçmemiş projelerin fazla sayılmasını önler. Sunucuları, depolamayı ve ağ ekipmanını modeller, ardından BT enerjisini iç, kolokasyon ve hiper ölçekli mekân türleri, soğutma sistemleri ve iklimler için modellenen PUE ve saha WUE ile çarpar. Sunucu varsayımları arasında 8 GPU'lu düğümler için anma güçleri yer alır: 3,4 kW (A2/A40/L4 sınıfı), 6,5 kW (A100 sınıfı), 10,2 kW (H100 sınıfı), 12,2 kW (B100 sınıfı). Yapay zekâ sunucuları anma gücünün %20'sinde boşta çalışır (ölçülen 8x H100 düğümü yaklaşık %18'de boştaydı); geleneksel sunucular 2023'te azami gücün %36'sında, 2028'e kadar %27'sinde boşta çalışır.

Bileşen sonuçları, sunucu elektriğinin 2014'te yaklaşık 30 TWh'den 2023'te 100 TWh'ye yakın değere çıktığını, GPU hızlandırmalı sunucuların ise 2017'de 2 TWh'nin altından 2023'te 40 TWh'nin üzerine çıktığını gösterir. ABD veri merkezi PUE ortalaması 2014'te 1,6'dan 2023'te 1,4'e düştü ve 2028'e kadar 1,15-1,35 öngörülüyor. Saha WUE 2023'e kadar 0,36 L/kWh'nin hemen üzerinde kaldı ve soğutma değiştikçe 0,45-0,48 L/kWh'ye çıkması öngörülüyor. Doğrudan su tüketimi 2014'te 21,2 milyar litreden 2023'te 66 milyara çıktı; bunun %84'ü hiper ölçekli ve kolokasyon tesislerinde. Saha WUE, sahaya sağlanan elektriğin üretiminde tüketilen suyu hariç tutar.

Dolaylı ayak izi büyüktür: 2023 için rapor, elektrik üretimi yoluyla tüketilen yaklaşık 800 milyar litre suyu (yaklaşık 4,52 L/kWh) ve 61 milyar kg CO2 eşdeğerini (yaklaşık 0,34 kg/kWh) tahmin eder; ulusal ortalamalar 4,35 L/kWh ve 0,35 kg/kWh'dir. Hesaplar yerel şebeke karışımlarını kullanır, güç alım anlaşmalarını ve sayaç arkası üretimi dikkate almaz. Ayrı bir bölüm kripto para madenciliğinin elektrik kullanımını tahmin eder. Sonuçlar bölümü, doğrudan enerji verisi eksikliğinin analizi sınırladığını, 2028 değerlerinin geniş senaryolar olduğunu ve kıyaslama girişimleri, elektrik şirketi ve şebeke işletmecisi iş birlikleri ile teknoloji geliştirme alanlarında ek çalışma gerektiğini vurgular.

Öne çıkan noktalar

1. ABD veri merkezleri 2018'de yaklaşık 76 TWh (ABD elektriğinin %1,9'u), 2023'te 176 TWh (%4,4) kullandı.
2. 2028 senaryoları yaklaşık 325 ile 580 TWh arasındadır; bu, %50 ortalama kapasite kullanımında 74-132 GW'a ve öngörülen ABD elektriğinin %6,7-12,0'ına denk gelir.
3. Modelde kullanılan 8 GPU'lu sunucu anma güçleri: A100 sınıfı 6,5 kW, H100 sınıfı 10,2 kW, B100 sınıfı 12,2 kW, A2/A40/L4 sınıfı 3,4 kW.
4. Yapay zekâ sunucularının anma gücünün %20'sinde boşta çalıştığı varsayılır (ölçülen bir 8x H100 düğümü yaklaşık %18'de boştaydı); geleneksel sunucular 2023'te azami gücün %36'sında, 2028'e kadar %27'sinde boşta çalışır.
5. ABD veri merkezi PUE ortalaması 2014'te 1,6'dan 2023'te 1,4'e düştü; 2028'e kadar 1,15-1,35 öngörülüyor.
6. Ortalama saha WUE 2023'e kadar 0,36 L/kWh'nin hemen üzerindeydi; sonrasında 0,45-0,48 L/kWh'ye çıkması öngörülüyor.
7. Sunucu enerjisi yaklaşık 30 TWh'den (2014) 100 TWh'ye yakın değere (2023) çıktı; GPU hızlandırmalı sunucular 2017'de 2 TWh'nin altından 2023'te 40 TWh'nin üzerine çıktı.
8. Doğrudan su tüketimi 2014'te 21,2 milyar litreden 2023'te 66 milyar litreye çıktı; %84'ü hiper ölçekli ve kolokasyon tesislerinde.
9. Elektrikten gelen dolaylı su 2023 için yaklaşık 800 milyar litredir (yaklaşık 4,52 L/kWh); 61 milyar kg CO2e (yaklaşık 0,34 kg/kWh).
10. Bileşik yıllık büyüme 2014-2018'de yaklaşık %7, 2018-2023'te %18; 2023-2028 için %13-27 öngörülüyor.

Tasarımda kullanımı

• Yapay zekâ raf ve düğüm güç varsayımlarını (8 GPU'lu sunucu başına 3,4 ila 12,2 kW, %20 boşta) BT yük modellerine çapraz kontrol olarak alın; satıcı verisinin yerine koymayın.
• Bir tasarımın hedeflerini sunarken bağlam olarak ulusal PUE'yi (2023'te 1,4) ve saha WUE'yi (yaklaşık 0,36 L/kWh) kullanın; hangi WUE tanımının kullanıldığını kontrol edin.
• Evaporatif ile kuru soğutmayı karşılaştırırken hem saha WUE'yi hem elektriğin dolaylı suyunu raporlayın; rapor ikisinin ters yönde hareket edebildiğini gösterir.
• Elektrik şirketleriyle şebeke kapasitesi ve fazlama konuşurken 2028 aralığını, belirtilen kapasite kullanım varsayımıyla birlikte kullanın.
• Rakamları ölçüm değil model tahmini olarak ele alın ve tek bir 2028 değeri aktarmaktan kaçının.

Kimler okumalı

ABD veri merkezi elektriği, PUE, su ve yapay zekâ sunucu gücü için güncel kıyaslara ihtiyaç duyan planlamacılar, elektrik şirketleri, politika yapıcılar ve tasarım mühendisleri.

Belgenin bölümleri

1. Yönetici Özeti
2. 1. Giriş
3. 2. Yönteme Genel Bakış
4. Tarihsel En İyi Tahminler ve Gelecek Senaryoları
5. 3. BT Ekipmanı Kurulu Tabanı ve Güç Çekişi
6. Sunucu Türleri
7. Sunucu Güç Çekişi
8. Sunucu Popülasyonu
9. Depolama ve Ağ Türleri ile Güç Çekişi
10. 4. Veri Merkezi Altyapısı
11. Veri Merkezi Sınıflandırmaları
12. Veri Merkezi Altyapısı Elektrik ve Su Modellemesi
13. 5. Toplam Veri Merkezi Elektrik/Su/Karbon Tahminleri
14. Su ve Emisyon Etkileri
15. 6. Toplam Kripto Para Elektrik Kullanımı
16. 7. Sonuçlar, Sınırlamalar ve Gelecek Çalışmalar
17. 2028 Sonrası

Yayın bilgileri

Yazarlar

Arman Shehabi; Sarah J. Smith; Alex Hubbard; Alex Newkirk; Nuoa Lei; Md Abu Bakar Siddik; Billie Holecek; Jonathan Koomey; Eric Masanet; Dale Sartor

Yayıncı

Lawrence Berkeley National Laboratory

Yıl

2024

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Kamu kurumu

Erişim

Künye

Lisans

Lisans koşulları belirsiz — kullanım koşullarını yayıncıdan doğrulayın

Lisans kanıtı

datacenters.lbl.gov

Künye