Når man går inn i én av de 42 datahallene på et 74 000 kvadratmeter stort område utenfor Sydney i Australia, står man plutselig i en steril science fiction-verden. Sirlige rader med høye tårn av svarte serverkabinetter inneholder tusenvis av summende harddisker. De er de bankende metallhjertene i et massivt hyperscale-datasenter*.

Ovenfra fører fiberoptiske kabler data ned i hvert skap, og ledninger transporterer elektrisitet. Utenfor leverer en transformatorstasjon strøm, og batterier og generatorer fungerer som backup. Den digitale verdenen pulserer uten stans ved hjelp av en uavbrutt strøm av elektrisitet.

I 2022 brukte datasentre mellom 240 og 500 terawatt-timer med elektrisitet, omtrent 1–2 prosent av strømforbruket i verden, opp fra 0,5 prosent i 2000. 1 prosent er mer enn hele Australia brukte samme år, mens 2 prosent er mer enn Frankrike, den 10. største forbrukeren av elektrisitet i verden.

Enorm vekst

Økende etterspørsel etter digitale tjenester betyr flere og større datasentre. Amazon, Google, Meta og Microsoft brukte 72 terawatt-timer med elektrisitet i 2021, mer enn dobbelt så mye som i 2017, ifølge International Energy Agency (IEA). I 2022 sto disse fire selskapene for nesten 80 prosent av den globale kapasiteten til hyperscale-datasentre.

En stor andel av de øvrige befinner seg i Kina. Flere hyperscale-datasentre er under bygging i byen Hohhot i provinsen Indre Mongolia helt nord i Kina, på områder så store som 140 fotballbaner. Den kinesiske teknologigiganten og skytjenesteleverandøren Huawei er blant operatørene, sammen med store statseide selskaper som China Telecom og China Mobile.

Utenfor Kina har tempoet i datasenterbyggingen lagt beslag på så store ressurser at noen lands myndigheter har følt seg tvunget til å sette på bremsen.

I 2019 stoppet Singapore byggingen av nye datasentre midlertidig, bekymret for at flere datasentre ville gjøre det vanskelig å oppfylle løftet om null-utslipp innen 2050. (Landet begynte imidlertid å tillate bygging igjen i 2023 og tildelte strøm til flere nye datasentre, inkludert for ByteDance, morselskapet til Tiktok.)

I Irland har det nasjonale energiselskapet EirGrid stanset alle tillatelser til tilkobling til strømnettet for nye datasentre frem til 2028 på grunn av kapa-sitetsbegrensninger. Datasentre står allerede for 18 prosent av strømforbruket i Irland. (Microsoft kan trolig omgå dette problemet ved å bruke et frittstående gassanlegg for å drive et datasenter i Dublin.)

I Virginia satte energiselskapet Dominion nye strømtilkoblinger til datasentre på pause i flere måneder i 2022 for, som selskapet uttrykte det, «å sikre at systemet vårt tåler denne veksten». Det nordlige Virginia er beskrevet som datasentervennlig og rommer over 3 kvadratkilometer med datasentre, hvorav de fleste ligger innenfor et område på 75 kvadratkilometer i Loudoun County.

Å levere mye strøm til et lite område er logistisk vanskelig. Det antas at etterspørselen vil vokse med omtrent 85 prosent i løpet av de neste 15 årene, ifølge Dominion.

Slike pauser i nye etableringer har ikke stoppet veksten i datasentre, men snarere ført dem andre steder. Flere datasentre dukker opp på steder med færre ressursbegrensninger, som Maryland eller Malaysia. Ettersom datasenter-aktiviteten øker i disse områdene, må myndighetene der kanskje gripe inn for å beskytte strømnettene sine.

Til tross for alt dette har internettets bruk av elektrisitet vært bemerkelsesverdig effektiv. Ifølge IEA økte antall internettbrukere med 78 prosent, den globale internettrafikken med 600 prosent og arbeidsbelastningen i datasentre med 340 prosent fra 2015 til 2022. Men energiforbruket ved data-sentrene økte bare med 20–70 prosent.

Slik forbedret effektivitet kommer delvis fra forbedret energibesparelse i databehandlingen. I flere tiår er energien som kreves for å gjøre samme mengde databehandling, halvert hvert to og et halvt år, en utvikling kjent som Koomeys lov. Og effektiviseringen har kommet av at datasentre har vokst i størrelse, og at en stadig større andel av energibruken deres går til databehandling.

Tørst industri

Dessverre har graden av effektivisering gått på bekostning av en annen viktig ressurs: vann. På 2000-tallet, da datasentre utviklet seg til tett sammenkoblede stabler med stadig kraftigere servere, begynte de å kreve industrielle klimaanlegg for å kjøle ned serverne når de ble varme av databehandlingen. Disse systemene krever store mengder vann for å kjøle ned luften som avkjøler serverne. På spesielt varme steder, som Singapore, er datasentrenes tørst etter vann enda større.

Ettersom mikrobrikkene blir stadig kraftigere, blir de også varmere. Ved å sette flere transistorer inn på et mindre område, kan man flytte elektroner rundt raskere, noe som genererer mer varme. Dette gjør mikrobrikkene mer effektive i databehandlingen, men krever mer kjøling pr. brikke. I 2022 brukte Google og Microsoft 32 milliarder liter vann, for det meste i datasentrene deres, like mye som rundt 700 000 mennesker i et rikt land. (Det er generelt billigere og mer energieffektivt å slippe ut gammelt vann enn å rense det og resirkulere det gjennom kjølebassenger.)

Verden er imidlertid så heldig at teknologigigantene er bekymret for ressursene de bruker opp, og investerer tungt i fornybar energi (eller de har bestemt seg for at det å virke bekymret er i tråd med deres langsiktige økonomiske interesser). Teknologiselskaper er helt klart de største kjøperne av grønn energi i form av kraftkjøpsavtaler (PPA). Dette er langsiktige kontrakter mellom en kjøper (som en datasenter-operatør) og en kraftprodusent (som et sol- eller vindkraftverk) for å kjøpe elektrisitet til en forhåndsbestemt pris, i stedet for å kjøpe i bulk fra strømselskaper. Slike avtaler gir en viss økonomisk sikkerhet, noe som gjør det lettere å bygge ut fornybare prosjekter. Datasenterindustrien har til sammen bidratt med (eller vil bidra til) 74 gigawatt kapasitet på denne måten, ifølge analyseselskapet BloombergNEF.

Teknologiselskaper kjøper også store mengder sertifikater for fornybar energi (Renewable Energy Certificates, RECs), som er en måte å finansiere ny fornybarkapasitet på.

En kraftprodusent får utstedt slike sertifikater for fornybar kraft som gener-eres og leveres til strømnettet. De står deretter fritt til å selge sertifikatene som de ønsker. Teknologigiganter kan ved hjelp av slike sertifikater hevde at datasentre er karbonfrie selv om den faktiske elektrisiteten de bruker til å drive datasentrene ikke er det.

Kjernekraft og andre alternativer

Teknologigigantene har også investert mer direkte i uprøvde energiteknologier og satser tidligere enn det som ellers kunne ha virket økonomisk fornuftig. På slutten av 2000-tallet investerte Google i tidlige sol- og vindprosjekter på over to gigawatt for å bidra til å skalere opp teknologien for å redusere kostnadene.

Slike investeringer er avgjørende fordi fornybar energi og datasentre egentlig ikke passer så godt sammen. Et datasenter forventes å være i drift 99,982 prosent av tiden, så det trenger en jevn og sikker strømkilde. Mye av fornybar energi er variabel, avhengig av at solen skinner og vinden blåser. Å kjøre helt på ren energi vil kreve andre teknologier for å jevne ut tilgangen.

Kjernekraftteknologier, som fusjon eller små modulære reaktorer, kan produsere stabil, ubegrenset energi for datasentre. De er ikke kommersielt tilgjengelige ennå, men teknologiselskaper investerer allerede i dem. I 2023 signerte Microsoft en kraftkjøpsavtale for å kjøpe fusjonskraft fra oppstartsselskapet Helion Energy innen 2028.

Geotermisk energi er en annen mulighet. Google investerte først i konseptet i 2008, og i november i fjor fullførte firmaet (sammen med oppstartsbedriften Fervo) bygg-ingen av et lite, geotermisk anlegg på 3,5 megawatt i Nevada-ørkenen.

Disse teknologiene kan ennå ikke konkurrere i kommersiell skala, men det gjaldt også vind- og solkraft for 15 år siden.

Et stort behov akkurat nå er langtidslagring av strøm – bokstavelig talt å spare energi til en regnværsdag. Når strømforsyningen svikter i dag, vil et datasenter kjøre på batterier i noen minutter til metangassdrevne generatorer starter.

Google, Microsoft og tilsvarende selskaper investerer nå i alternative lagringsteknologier. Hydrogen, for eksempel, kan lagre mye energi på lite plass og kan i teorien drive et datasenter i dager i stedet for minutter. På den måten kan datasentre løse problemet med variabel produksjon av fornybar energi.

Med en praksis som kalles «load shifting», kan datasenteroperatører flytte visse oppgaver som ikke er tidssensitive, som det å trene en KI-modell, til forskjellige tider på døgnet eller til og med til forskjellige datasentre. Google har utviklet et system som kan flytte databehandling til tidspunkter og steder hvor strømmen er renest.

Teknologifirmaer spiller også en ledende rolle i en annen fremvoksende klimavennlig teknologi, varig karbondioksidfjerning (CDR). Dette innebærer å ta karbondioksid ut av atmosfæren og lagre den et sted på en trygg måte som forhindrer at den noen gang slippes ut igjen. I 2020 erklærte Microsoft sin intensjon om å bruke slik teknologi som et bidrag til å nå sitt mål om å bli «karbonnegativ».

Ambisiøse mål

Slike innovasjoner er med på å forklare hvorfor teknologigigantene gir store løfter om miljømessig bærekraft. Google og Equinix, en annen operatør av hyperscale-datasentre, sier at de vil kjøre helt på karbonfri energi innen 2030.

Microsoft har forpliktet seg til å bli «karbonnegativ» og «vannpositiv» innen 2030 – det vil si å kompensere ved hjelp av varig karbondioksidfjerning samt rensing av skittent vann. Microsoft sier at selskapet vil fjerne like mye karbon som selskapet noensinne har sluppet ut, innen 2050. (Da selskapet ble spurt om hvordan gassanlegget i Dublin passet inn i disse planene, sa Microsoft at intensjonen hadde vært å bruke gass som en reservestrømkilde, og at selskapet fremdeles er forpliktet til å drive datasentre «på den mest karbonvennlige måten som er mulig».)

Amazons mål er å bli karbonnøytral innen 2040 og å drive datasentrene sine på 100 prosent forny-bar energi innen 2025 (men i likhet med de andre selskapene vil de bare klare dette ved å inkludere fornybarsertifikater). Apple har forpliktet seg til å være 100 prosent karbonnøytral innen 2030, på tvers av datasentrene og forsyningskjedene, ved en kombinasjon av å redusere utslippene med 75 prosent og å investere i karbonfangst. Meta sier at selskapet vil være karbonnøytralt innen 2030.

Teknologigigantene fortjener anerkjennelse hvis de klarer å nå disse målene, ikke minst fordi internett kan være i ferd med å krysse et vendepunkt når det gjelder strømforbruk. Trolig vil strømforbruket fremover vokse enda raskere enn det har gjort til nå. En faktor i denne økningen i energibehovet er edge computing, eller kantprosessering, som vil si å bringe mer databehandlingskraft nærmere brukeren. Det betyr mange flere, mindre effektive datasentre. Flere konsulentselskaper anslår, kanskje litt optimistisk, at markedet for edge-datasentre vil mer enn tredoble seg i verdi globalt innen utgangen av dette tiåret, til omtrent 30–40 milliarder dollar.

En annen stor faktor er KIs glupske appetitt på energi. Kunstig intelligens krever mye mer beregninger enn vanlig databehandling. Der et rack (et serverskap, red.anm.) med normale servere kan kjøre på 7 kilowatt strøm, kan det for et rack med KI-servere være behov for 30–100 kilowatt. Grunnen til denne forskjellen er at KI bruker mye kraftigere maskinvare enn det som trengs for eksempel for å lagre bilder eller vedlikeholde nettsteder. Fordi KI er basert på matriser, innebærer det store blokker med beregninger som blir gjort på én gang, noe som betyr at mange transistorer må endre tilstand veldig raskt. Det trekker mye mer strøm enn normale datamaskinoppgaver, som endrer langt færre transistorer på én gang for en typisk beregning. Strømforbruket øker raskt. En stor språkmodell kan trenes i flere uker på titusenvis av strømhungrige spesialiserte KI-servere. Og når modellene blir mer avanserte, krever de også mer ressurser. En beregning antyder at det kostet OpenAI mer enn 50 gigawatt-timer med elektrisitet å trene GPT-4, eller 0,02 prosent av all elektrisiteten California produserer på et år. Det er mer enn 50 ganger mer strøm enn treningen av forgjengeren GPT-3 krevde.

Umettelig strømbehov

Energikostnadene knyttet til bruken av KI-modellene vil dessuten langt overgå treningskostnadene, ifølge Nvidia, som produserer den mest etterspurte mikrobrikken til KI. Forskere ved University of California i Riverside fant ut at GPT-3 bruker omtrent 1 liter vann for å generere 40–100 svar. GPT-4 bruker sannsynligvis enda mer.

Teknologigigantene investerer tungt i KI. Det er ingen tilfeldighet at mange av de mest avanserte KI-selskapene også er store datasenterselskaper, eller er partnere med et. Fremtiden for KI, hvem som vil ta ledelsen og hvem som vil henge etter, avhenger i stor grad av hvem som kan bygge ut den nødvendige fysiske infrastrukturen for å understøtte den.

Microsoft – som er skytjenesteleverandør, en stor aktør innen KI-forskning og en investor i OpenAI – planlegger å bruke mer enn 50 milliarder dollar i året på skyinfrastruktur fra 2024. Meta anslår at selskapet vil bruke mer enn 30 milliarder dollar på datasentre i 2024. CoreWeave, en oppstartsbedrift som tilbyr skyinfrastruktur til KI-selskaper, utvidet i 2023 fra tre til 14 datasentre i Nord-Amerika.

Utbyggingstakten for datasentre varsler en alvorlig økning i strømforbruket (se diagram). En analyse publisert i energitidsskriftet Joule antyder at KI-servere, i den hastigheten de blir produsert, kan bruke omtrent 100 terawatt-timer med elektrisitet i året innen 2027. Det er mellom en fjerdedel og en femtedel av det totale strømforbruket til datasentrene. Schneider Electric, et fransk selskap som produserer strømstyringsprodukter for datasentre, anslår at KIs andel av strømforbruket i datasentre vil øke fra 8 prosent i 2023 til 15–20 prosent i 2028.

Energieffektivisering vil hjelpe. Datasentre kan ha mye å spare på hvordan de kjøler ned KI-mikrobrikkene. Fordi de bruker så mye strøm, overopphetes KI-brikker lettere enn andre og trenger spesielle kjøleteknologier.

Én løsning er å bruke væske i stedet for luft som kjølemiddel, ved å sirkulere en væske gjennom en kald plate som er festet direkte til brikken. Varmen fra brikken går direkte inn i kjølemiddelet, som deretter strømmer gjennom rør for å bli avkjølt igjen. En studie viste at kjøling ved hjelp av væske reduserte det totale strømforbruket i et datasenter med litt over 10 prosent.

En slik effektivisering vil være nyttig, men utgjør fortsatt en dråpe i havet sammenlignet med den fremtidige energietterspørselen skapt av internett.

Uansett hvor effektive datasentrene blir, vil de alltid trenge strøm, fordi servere trenger strøm. Til syvende og sist må datasentrene bli karbonfrie – og strømnettene som driver dem, må bli karbonfrie. Myndigheter og teknologigigantene må jobbe sammen mot det målet, men det vil ikke bli lett.

Klimaendringenes geopolitikk er ikke ulik internettets geopolitikk: komplisert og rotete.

Publisert 29. januar i Technology Quarterly fra The Economist.