La expansión de la IA está sobrecargando la red eléctrica, 7 lógicas de inversión en energía que debes conocer

Autor: Joseph Ayoub

Compilado por: ShenChao TechFlow

Introducción de ShenChao: Todos están discutiendo sobre potencia de cálculo y modelos, pero este artículo plantea una cuestión más fundamental: ¿La oferta de energía está a la altura? Morgan Stanley predice que en 2028, Estados Unidos enfrentará un déficit de 45 GW de electricidad, el tiempo de entrega de grandes transformadores ha alcanzado de 24 a 36 meses, y el consumo de energía de los centros de datos de IA está creciendo a una tasa del 15% anual. A partir de esto, el autor deduce 7 lógicas de inversión, desde la fragmentación de la red eléctrica hasta transformadores de estado sólido y refrigeración de dos fases, con perspectivas poco comunes pero claves.

El texto completo es el siguiente:

NVIDIA lanzó recientemente el marco “La IA es un pastel de cinco capas”. Hoy quiero argumentar que la capa de energía es la restricción vinculante para el crecimiento inteligente, y explorar sus consecuencias.

El progreso de la civilización humana es el resultado de nuestra capacidad para dominar herramientas: ya sea un martillo, fuego, caballos, una imprenta, un teléfono, una bombilla, una máquina de vapor, una radio o IA. Estas “herramientas” son la manera en que los humanos convierten energía en productividad.

Fundamentalmente, mejoramos la productividad humana al capturar energía y dirigirla hacia objetivos con herramientas.

En resumen, la lógica central del progreso de la civilización humana es la siguiente:

Durante la mayor parte de la historia humana, hemos dependido de la energía del cuerpo humano y de nuestras manos como herramientas para avanzar hacia objetivos, ya sea en la agricultura o la escritura. La imprenta es un caso típico de cómo la energía y las herramientas avanzan en coordinación, popularizada por Gutenberg en 1440. Antes de esta innovación, los humanos consumían su propia energía, escribiendo información a mano con una pluma (herramienta), lo cual era extremadamente ineficiente. La imprenta innovó una nueva herramienta, mejorando drásticamente la eficiencia en el uso de la energía humana mediante la impresión mecánica de texto, lo que aumentó la productividad en varios órdenes de magnitud. Sin embargo, desde 1450 hasta 1800, durante casi 350 años, la imprenta no tuvo innovaciones sustanciales. Hasta que los humanos dominaron una energía más poderosa: el carbón, lo que cambió la ecuación del lado energético. En 1814, Friedrich Koenig inventó la imprenta impulsada por vapor, adaptando la imprenta a la innovación energética dominante de la época: el carbón, lo que aumentó la eficiencia en 5 veces. Desde entonces, la imprenta ha continuado adaptándose eficientemente a nuevas energías, aumentando su producción de 250 copias por hora a 30,000 copias 50 años después, y hoy en día llega a millones de copias.

Así, la continua innovación de nuevas herramientas, la superación de las fronteras del dominio energético y la mejora de la eficiencia de las nuevas herramientas en relación con la energía disponible: este proceso continuo ha perdurado hasta hoy. Hoy, la inteligencia es nuestra nueva forma de productividad, y la energía es su combustible. La clave es si podemos seguir promoviendo el crecimiento inteligente, lo que depende de cuánta energía sostenible y confiable podamos producir para impulsar herramientas (GPU) y dirigirlas hacia objetivos (inteligencia).

Este tema se corrobora con la escala de Kardashev, que mide el nivel de avance tecnológico de una civilización según cuánta energía puede dominar, desde planetas a estrellas, galaxias y el universo hasta multiversos. Cuanta más energía podemos dominar, más lejos hemos avanzado como civilización. Históricamente, esta regla ha sido válida, y no será diferente en el futuro. La capacidad de dominar la energía es fundamental para avanzar la civilización.

El argumento central de este artículo es: la demanda de energía está superando rápidamente la oferta, lo que representa el principal cuello de botella para el crecimiento inteligente. Exploraré los impactos de primer y segundo nivel de este argumento.

¿Por qué se está desacelerando la oferta de energía?

El descubrimiento de la fisión nuclear en 1939 ha sido hasta ahora la última gran transformación en el campo de la energía desde el nacimiento de la civilización humana. Sin embargo, debido al accidente de Chernobyl y el compromiso global de pasar de la energía nuclear a las energías renovables, desde 1950 ha habido un desajuste evidente entre la innovación de herramientas y el avance energético. En 1950, la producción de energía global era de 2600 GW, hoy es de 19000 GW (un aumento de 7.3 veces). Esto parece un gran salto, pero este crecimiento lineal gradual no se compara en absoluto con el crecimiento de la computación moderna y la tecnología, e incluso apenas supera el crecimiento poblacional de 3.5 veces en el mismo período.

En contraste, los intervalos entre los saltos cuánticos de innovación de herramientas se están acortando. Pasaron 364 años desde la primera imprenta hasta su siguiente gran mejora, 58 años desde el primer vuelo hasta los viajes espaciales, 20 años desde el primer microprocesador hasta Internet, mientras que hoy los saltos significativos en GPU ocurren cada 2 años. Estamos viviendo en una ventana de aceleración constante en la mejora de la eficiencia de las herramientas, tal que múltiples innovaciones se superponen en ciclos de aceleración continua. Desde IA hasta criptografía y computación cuántica, la velocidad de descubrimiento de nuevas innovaciones está aumentando, y los avances en eficiencia son cada vez más rápidos: esta es la ley de rendimientos acelerados.

Hoy, los centros de datos consumen el 1.5% de la electricidad global, y se espera que alcancen el 3% para 2030: han recorrido en 6 años el camino que le tomó a la máquina de vapor 50 años. La diferencia clave entre la Revolución Industrial y la actual explosión inteligente es que la Revolución Industrial construyó su propia oferta de energía mientras la demanda crecía: las minas de carbón, los canales, las redes ferroviarias y las máquinas que consumían energía se expandieron simultáneamente. Cada revolución energética anterior estableció su propia cadena de suministro mientras se expandía; la IA hereda una cadena de suministro ya existente, y esta cadena ha comenzado a romperse.

La red eléctrica no está preparada para manejar un crecimiento del consumo de energía del 15% anual de la explosión inteligente, mientras que la demanda de electricidad en EE. UU. ha crecido casi a cero en la última década. Las grietas ya han comenzado a aparecer en Estados Unidos: la cola de acceso a la red eléctrica ha alcanzado su récord histórico, el tiempo de entrega de grandes transformadores ha promediado entre 24 y 36 meses, y para 2025, los transformadores eléctricos enfrentan un déficit de suministro del 30%. Morgan Stanley estima que solo en Estados Unidos para 2028 habrá un déficit de 45 GW de electricidad, equivalente al consumo de electricidad de 33 millones de hogares estadounidenses. Creo que este déficit podría ser mucho más que eso.

La cuestión es clara: la humanidad necesita ampliar drásticamente la escala de la energía para mantenerse al día con las innovaciones en IA, robótica, conducción autónoma y otros campos.

La inminente falta de energía: impactos de primer y segundo nivel

Las consecuencias del inminente déficit de energía son históricas: con la demanda de energía disparándose y la oferta insuficiente, podríamos ver la aparición de un mercado energético casi privatizado.

Los proveedores de servicios en la nube de gran escala (Hyperscaler) ya han comenzado a construir instalaciones de generación de energía detrás del medidor (BTM) y planean expandirse hacia centros de datos alimentados por energía nuclear; esta tendencia ya se ha comenzado a vislumbrar. Creo que esta tendencia solo se volverá más evidente.

Aquí presento 7 argumentos, todos derivados de la explosión inteligente y su impacto en el suministro eléctrico en tensión continua.

Argumento 1: Fragmentación de la red eléctrica: el poder de cálculo se trasladará hacia la energía, y no al revés

En regiones cercanas a la demanda de razonamiento, las jurisdicciones con abundancia de energía y regulación flexible obtendrán un valor desproporcionado a medida que el sistema energético se fragmenta.

Cuando la demanda de energía comienza a superar la oferta, la electricidad se vuelve políticamente sensible. Los hogares tienen derecho a voto, los centros de datos no. En un déficit energético, es poco probable que la red eléctrica se mantenga neutral; en cambio, priorizará la demanda eléctrica residencial sobre la industrial a través de precios, restricciones de acceso o límites suaves.

Dado que el poder de cálculo es extremadamente sensible a la latencia, tiempo de actividad y confiabilidad, operar en jurisdicciones que priorizan el suministro eléctrico residencial es fundamentalmente inviable. A medida que el acceso a la red se vuelve inestable o politizado, las cargas de trabajo de cálculo se trasladarán a un modelo de generación BTM, donde la electricidad puede ser garantizada, controlada y valorada directamente.

Esto impulsará una transformación estructural: el poder de cálculo se trasladará hacia economías con abundancia de energía y regulación flexible. Los ganadores serán aquellos que puedan integrar tierra, interconexión, generación de energía y fibra óptica en sistemas desplegables y replicables, y las jurisdicciones donde se encuentren estos sistemas también se beneficiarán.

Argumento 2: La energía se convierte en una ventaja competitiva, la generación BTM se convierte en la capacidad central que distingue a los proveedores de poder de cálculo

En mi opinión, este es el efecto de primer nivel más crítico del aumento del déficit energético. En un mundo donde la demanda de energía supera la oferta, obtener electricidad confiable y barata es una ventaja estructural que crece con el tiempo. No solo eso, sino que la priorización del consumo eléctrico de centros de datos en la red eléctrica no es sostenible políticamente, y esta es la trayectoria actual de la energía. La creciente tensión en las redes eléctricas nacionales obligará a los proveedores de poder de cálculo a generar su propia electricidad; los proveedores de servicios en la nube de gran escala ya han comenzado esta tendencia. Las infraestructuras sin generación BTM serán directamente eliminadas.

Esencialmente, las empresas que poseen electricidad ganan, y las que alquilan electricidad pierden. Sin generación BTM, los proveedores de poder de cálculo enfrentarán problemas de confiabilidad eléctrica (fatales), aumento de costos y restricciones de consumo. Los REIT puramente de gestión sin generación propia (como Equinix, Digital Realty) verán caer su valor en comparación con los operadores de integración vertical. Las empresas que combinan generación de energía con alojamiento de cálculo están construyendo la ventaja competitiva más profunda (Crusoe, Iren y algunos proveedores de servicios en la nube de gran escala). Esto puede expresarse como una transacción larga y corta, pero prefiero enfatizar aquí a los ganadores de la integración vertical.

Argumento 3: La estandarización BTM estimula la innovación: desde transformadores tradicionales hasta transformadores de estado sólido, desde equipos de conmutación tradicionales hasta equipos de conmutación digitales

Los transformadores tradicionales elevan o reducen la tensión de la energía en redes de corriente alterna. Debido a su tamaño y materiales, el tiempo de entrega se ha extendido a 24-36 meses, y hay un déficit de suministro del 30%. También son una tecnología de la década de 1880, fabricada a mano con materiales restringidos. La clave es que cada megavatio de generación BTM debe ser convertido, regulado y distribuido a la carga de cálculo; no hay forma de eludir los transformadores.

Los transformadores de estado sólido han reemplazado todo esto con dispositivos electrónicos de potencia de alta frecuencia. Son más pequeños, más rápidos y completamente controlables, manejando la conversión de corriente alterna a corriente continua, la regulación de voltaje y la corriente bidireccional dentro de una sola unidad. La fabricación también es más sencilla, dependiendo de semiconductores de potencia de carburo de silicio/nitrógeno de galio, en lugar de grandes bobinas de cobre y tanques de aceite. A medida que el BTM se convierte en la arquitectura estándar, el dispositivo entre la energía y el cálculo se convierte en el cuello de botella, y ese dispositivo es el transformador de estado sólido (SST).

Los equipos de conmutación también enfrentan un retraso de 80 semanas; son la capa de control entre la generación y la carga, responsables de enrutar la electricidad, aislar fallos y proteger el sistema. Al igual que los transformadores, los equipos de conmutación son productos intensivos en mano de obra, fabricados con materiales restringidos, y han cambiado poco desde la década de 1880.

Los equipos de conmutación digitales han reemplazado todo esto con dispositivos electrónicos de potencia de estado sólido. Son más rápidos, programables y completamente controlables, logrando detección de fallos en tiempo real, aislamiento remoto y enrutamiento dinámico de cargas. Igualmente importante, se escalan como productos electrónicos, no como equipos industriales.

Nota sobre el cobre: tengo una opinión constructiva sobre el cobre. El cobre es la autopista de la electrónica y será la principal materia prima necesaria en un mundo cada vez más electrificado. Sin embargo, la forma en que se expresa esta transacción es sutil: las empresas mineras tradicionales como transacciones tienen márgenes bajos y pueden comprimirse con el tiempo. Pero en el extremo de los productos finales, donde el cobre es insustituible y el tiempo es limitado, hay cuellos de botella significativos y espacio para la acumulación de valor futuro. Fabricantes de cables como Prysmian y Nexans venden restricciones de productos terminados, no materias primas, y a medida que el tiempo de entrega de transformadores se extiende considerablemente, esto ya no es un mercado de productos básicos.

Argumento 4: El costo de carbono de la IA se vuelve cada vez más insostenible políticamente, forzando soluciones basadas en energía solar y baterías

La construcción de IA enfrenta un problema de carbono que aún no ha sido valorado, lo que representa una restricción política. Los centros de datos elevan los precios de la electricidad, consumen grandes cantidades de agua y aumentan las emisiones locales. Esto ya se ha reflejado: proyectos de 18 mil millones de dólares han sido completamente cancelados, y proyectos de 46 mil millones de dólares han sido retrasados.

Hoy, aproximadamente el 56% de la electricidad de los centros de datos proviene de combustibles fósiles. El gas natural resuelve el problema de la velocidad de despliegue, pero es políticamente frágil. A medida que la demanda se expande, la resistencia a la expansión de combustibles fósiles aumenta, forzando la reciente formación de un sistema mixto de gas natural, energía nuclear y energías renovables.

Aunque el gas natural ha actuado como un puente a corto plazo en el explosivo crecimiento de los centros de datos, desde una perspectiva más prolongada, la abundancia de energía no se resuelve mediante la extracción de combustibles, sino mediante la captura de energía. La energía que el sol envía a la Tierra supera en varios órdenes de magnitud lo que la humanidad consume. La restricción no está en la disponibilidad, sino en la conversión, almacenamiento y despliegue.

La energía solar no es una solución instantánea a la demanda de energía para el poder de cálculo, sino la solución definitiva.

La captura solar comercial actual captura aproximadamente el 22% de la energía incidente. Cada mejora en la eficiencia de conversión reducirá el costo por megavatio, acercando la energía solar al paridad de generación programable en sistemas BTM.

El almacenamiento en baterías se convierte en un componente central de esta arquitectura. No solo para suavizar la intermitencia, sino también como una capa de ingresos. La arbitraje de almacenamiento y el balanceo de cargas transformarán los centros de costo históricos en contribuyentes de ganancias para los operadores de BTM.

En este argumento, los ganadores son las empresas de integración vertical que abarcan captura, almacenamiento y distribución: desarrolladores solares especializados con contratos BTM, fabricantes de baterías con productos a nivel de red y de sitio, y unos pocos operadores capaces de combinar generación propia con alojamiento de poder de cálculo.

La energía solar es un juego de adquisición y fabricación, las baterías son una capa de restricción y monetización, integrando ganancias de captura, y las tecnologías de punta siguen siendo opciones en lugar de escenarios básicos. En este aspecto, Tesla puede seguir siendo un gran ganador, pero elegiré limitarme a objetivos no consensuados.

Argumento 5: La refrigeración se convierte en una restricción de primer nivel, la refrigeración de líquido de dos fases (D2C) se convertirá en un requisito en aplicaciones de vanguardia

Otra consecuencia es el auge de la tecnología de refrigeración de líquido de dos fases. Para ser honesto, este argumento también se integra en mi propio juicio: la densidad de potencia de los chips está creciendo en una trayectoria parabólica, lo que presenta un problema termodinámico cada vez más complicado. La refrigeración por aire tradicional es insostenible por varias razones, siendo la principal que no puede funcionar en chips de mayor densidad, junto con problemas ambientales de consumo de agua y electricidad.

Primero, la refrigeración D2C avanza en densidad y rendimiento sin las limitaciones de gestión térmica: este es el problema clave para la expansión. La realidad actual del mercado es que la refrigeración de un solo fase domina, ya que es más simple: el agua fría circula a través de placas frías para enfriar los chips, pero hay un límite conocido. Cuando la densidad de potencia del chip excede los 1500W, la transición a la refrigeración de dos fases se volverá inevitable. La refrigeración de dos fases bombea líquidos dieléctricos alrededor del chip, diseñados para hervir a baja temperatura: la fase de cambio de líquido a gas mejora drásticamente la eficiencia de refrigeración.

La refrigeración de dos fases puede reducir el consumo de energía en un 20% y el consumo de agua en un 48%. Esta mejora en el rendimiento permite empaques de chips más densos, aumentando el rendimiento y, en última instancia, generando una mayor demanda de refrigeración de alto rendimiento.

La empresa líder en DTC de dos fases, Zutacore, ha demostrado el uso de líquidos dieléctricos (en lugar de agua) en la refrigeración D2C de dos fases, reduciendo el consumo de energía en un 82% y eliminando completamente el consumo de agua: este resultado ha sido validado por investigaciones de Vertiv e Intel. Zutacore es un operador privado a tener en cuenta en este campo, y además, investigar a fondo a los proveedores de líquidos dieléctricos también podría ser valioso.

Argumento 6: La energía nuclear puede actuar como un puente hacia la abundancia energética y un suministro eléctrico estable, pero no es la respuesta a largo plazo para la expansión energética

Al redactar este artículo, inicialmente pensé que la energía nuclear era una buena manera de llenar el vacío energético a corto plazo. La realidad es que el costo de despliegue de los reactores modulares pequeños (SMR) es de 5 a 10 veces más que los sistemas de gas natural (10,000 a 15,000 dólares por kilovatio), lo que los hace inviable para un despliegue y expansión a gran escala.

La energía nuclear resuelve el problema de confiabilidad, no el de velocidad o costo, especialmente en instalaciones BTM. Esto permite proporcionar electricidad estable y programable como carga base en situaciones donde la confiabilidad es innegociable. Por lo tanto, la energía nuclear tiene su papel en el déficit energético, como un puente, no como suministro central.

La energía nuclear está limitada por el ciclo de combustible y el tiempo de construcción. Los reactores avanzados de hoy requieren uranio de baja concentración de alta abundancia (HALEU), y este combustible prácticamente no cuenta con suministro comercial hoy en día. Incluso si se completa el reactor, la capacidad de proporcionar combustible se convierte en la restricción clave para la velocidad de expansión de la energía nuclear.

Por lo tanto, es poco probable que la energía nuclear se convierta en la solución marginal para la expansión energética: su salida es lenta, intensiva en capital, y limitada por infraestructura y combustible. En comparación, los sistemas que se están expandiendo más rápidamente: el gas natural a corto plazo y la energía solar y el almacenamiento a largo plazo son las opciones para cerrar la brecha.

El cuello de botella invertible no está en los reactores, sino en el combustible. A medida que la demanda de SMR aumenta, la concentración de uranio de alta enriquecimiento se convertirá en un eslabón crítico: un cuello de botella que no depende del diseño específico del reactor, y cualquiera que sea el diseño que finalmente prevalezca, aquí es donde se acumulará el valor.

Argumento 7: Surge una nueva clase de grupos de infraestructura energética; los integradores verticales convertirán la electricidad en capacidad de cálculo

El cuello de botella de la infraestructura de IA no radica solo en la energía, sino en la capacidad de convertir energía en cálculo utilizable a gran escala.

En la década de 1870, al igual que la electricidad, el petróleo no era escaso, pero había problemas con su refinación y distribución. Rockefeller construyó una empresa a través de la integración vertical de la extracción, refinación y distribución de petróleo a los hogares, convirtiéndose en una de las empresas más grandes de todos los tiempos (Standard Oil).

La revolución inteligente sigue este mismo patrón; la electricidad es el petróleo. Hay abundancia de electricidad, pero la conversión confiable de electricidad en capacidad de cálculo enfrenta restricciones en términos de entrega de electricidad, refrigeración, conectividad y permisos. La refinación de la electrónica es donde reside el valor. Cada capa adicional de propiedad aumenta la confiabilidad, reduce costos y crea espacio para las ganancias, haciendo que la integración vertical se refuerce a sí misma.

Las empresas de gran escala son la capa de distribución de este sistema y el punto final del consumo de cálculo. Sin embargo, la oportunidad estructural reside en tener la infraestructura que los distribuidores se ven obligados a adquirir. Esto crea una nueva clase de grupos de infraestructura energética, es decir, operadores que controlan generación, conversión, refrigeración y alojamiento.

La expresión más clara son los operadores de integración vertical en el mercado privado, como Crusoe y Lancium, y las plataformas de cálculo nativas en el mercado público, como Iren y Core Scientific, que ya poseen la base más difícil de replicar: energía.

Las empresas que controlan el flujo electrónico hacia los racks están construyendo la ventaja competitiva más profunda en la economía de IA. El software no puede devorar infraestructura física.