Tecnologías para frenar el consumo de energía de los centros de datos

Los centros de datos y las redes de transmisión han realizado avances en eficiencia energética en los últimos años que han limitado el crecimiento de su consumo de energía incluso cuando su capacidad ha aumentado rápidamente.

Sin embargo, con la creciente adopción de aplicaciones intensivas en datos como la inteligencia artificial (IA), la computación en la nube, la minería de criptomonedas y la adopción de blockchain, el sector necesitará nuevas tecnologías y soluciones para alcanzar las emisiones netas cero, según un informe de la Agencia Internacional de la Energía.

Se calcula que los centros de datos consumirán entre 240 y 340 teravatios hora (TWh) de electricidad en todo el mundo en 2022, lo que representa en torno al 1-1,3% de la demanda final de electricidad. Esto excluye la electricidad consumida por la minería de criptomonedas, que se estimó en unos 110 TWh, o el 0,4% de la demanda anual. Del mismo modo, las redes de transmisión de datos consumirán entre 260 y 360 TWh en 2022, es decir, en torno al 1-1,5% de la demanda mundial.

Desde 2010, el consumo energético de los centros de datos (excluida la minería de criptomonedas) -y, en consecuencia, sus emisiones de carbono- ha aumentado moderadamente a pesar del fuerte crecimiento de la demanda de sus servicios. Esto se debe, en parte, a la mejora de la eficiencia del hardware informático y de los sistemas de refrigeración y a la transición hacia instalaciones a hiperescala desde los pequeños e ineficientes centros de datos empresariales.

También se debe a que las empresas de tecnologías de la información y la comunicación (TIC) dan cada vez más prioridad a la compra de energías renovables, así como a la descarbonización más amplia de las redes eléctricas en muchas partes del mundo.

Además, el calor residual de los centros de datos se utiliza cada vez más para ayudar a suministrar calefacción a edificios comerciales y residenciales cercanos o a consumidores industriales de calor, reduciendo su consumo energético.

Sin embargo, los gobiernos y los agentes de la industria deben invertir en el avance de la eficiencia energética, la investigación y el desarrollo, y la descarbonización del suministro eléctrico y las cadenas de suministro para frenar la demanda de energía y reducir rápidamente las emisiones en la próxima década. Esta inversión es esencial para encarrilar los planes para alcanzar las emisiones netas de carbono cero en 2050.

Para conseguirlo, las emisiones deben reducirse a la mitad a finales de esta década.

Aumenta la demanda energética de los grandes centros de datos

A pesar de los grandes avances en eficiencia energética, el consumo de energía de los grandes centros de datos ha aumentado entre un 20% y un 40% en los últimos años, debido al rápido incremento de sus cargas de trabajo.

Amazon, Microsoft, Google y Meta vieron su consumo combinado de electricidad más que duplicarse desde 2017 hasta alrededor de 72TWh en 2021. El consumo global de energía en los centros de datos, excluyendo las criptomonedas, seguirá aumentando moderadamente en los próximos años.

Mientras que el consumo mundial total de energía en los centros de datos ha crecido solo ligeramente, algunos países más pequeños donde los mercados se están expandiendo están experimentando un rápido crecimiento. Por ejemplo, la demanda de energía de los centros de datos de Irlanda se ha más que triplicado desde 2015, representando el 18% del consumo total de electricidad del país en 2022. Los centros de datos y otros grandes usuarios no industriales de electricidad podrían representar el 28% de la demanda nacional en 2031.

Se prevé que la demanda de electricidad de los centros de datos en Dinamarca se multiplique por seis para 2030 y represente cerca del 15% del consumo eléctrico del país.

Tendencias mundiales en el uso de centros de datos

Las nuevas tecnologías impulsarán el uso de la energía

Se espera que tecnologías emergentes como el streaming, el juego en la nube, el blockchain (en particular Proof-of-Work), la inteligencia artificial, el machine learing (ML) y la realidad virtual (VR) aumenten la demanda de servicios de datos.

Por ejemplo, Bitcoin, la cadena de bloques de prueba de trabajo (PoW) más destacada, consumió aproximadamente 110 TWh de electricidad en 2022, 20 veces más que en 2016.

A medida que se expande la adopción de aplicaciones basadas en blockchain, es probable que la gestión de las implicaciones para el consumo de energía sea cada vez más importante para la industria energética y los responsables políticos.

La rápida aparición de aplicaciones de IA y ML tiene implicaciones potencialmente significativas para la demanda de electricidad de los centros de datos en los próximos años. La cantidad de potencia informática necesaria para entrenar los modelos de ML más grandes está creciendo rápidamente, pero no está claro a qué velocidad está aumentando la demanda general relacionada con el ML.

Los datos de Meta y Google indican que la fase de formación sólo representa en torno al 20-40% del uso total de electricidad para ML, mientras que el 60-70% se utiliza para la aplicación de modelos de IA y hasta el 10% para el desarrollo de modelos. Se estima que el ML ha representado entre el 10 y el 15% del consumo total de electricidad de Google en 2019-2021, creciendo a un ritmo del 20-25% en línea con el crecimiento general de su demanda de energía.

Es probable que la combinación de modelos de IA cada vez más grandes y una mayor demanda de computación supere las mejoras en la eficiencia energética, lo que resultará en un crecimiento neto de la demanda total de energía relacionada con la IA en los próximos años. Las aplicaciones de IA pueden ayudar a optimizar los centros de datos para reducir su consumo de electricidad, pero es probable que la adopción rápida y generalizada de chatbots de IA como ChatGPT de OpenAI y Google Bard acelere el crecimiento de la demanda de energía.

La demanda de centros de datos de borde evolucionará en la próxima década, con las redes de telecomunicaciones 5G, la proliferación de los dispositivos de Internet de las Cosas (IoT) y las aplicaciones metaversas que se espera que impulsen la demanda de computación de baja latencia.

Un número creciente de dispositivos, como los smartphones, contendrán aceleradores de ML, lo que repercutirá en el uso general de electricidad.

Los operadores apuestan por la energía limpia

Las empresas de TIC invierten cada vez más en energías renovables para limitar su impacto ambiental y mejorar su reputación.

Amazon, Microsoft, Meta y Google son los cuatro mayores compradores de acuerdos corporativos de compra de energía renovable (PPA). Juntos han contratado casi 50 GW de electricidad hasta la fecha, lo que equivale a la capacidad de generación de Suecia. Los operadores de redes de transmisión de datos suelen ir por detrás de los operadores de centros de datos en el uso de energías renovables, ya que operan en múltiples emplazamientos, a diferencia de los grandes centros de datos.

Pero el ambicioso alcance de los objetivos de cero emisiones netas exigirá más esfuerzos para maximizar el uso de la capacidad de energía renovable y reducir las emisiones.

Google y Microsoft han anunciado objetivos de cero emisiones de carbono para 2030, y Iron Mountain tiene como meta 2040. Un número cada vez mayor de empresas está trabajando para conseguir un uso de la electricidad con cero emisiones, lo que podría fomentar el despliegue de una gama más amplia de tecnologías flexibles necesarias para lograr la transición a cero emisiones netas.

Soluciones políticas

Aunque existen políticas y normativas más amplias dirigidas a la descarbonización del suministro eléctrico, hay pocas centradas en reducir el consumo energético y la huella de carbono de los centros de datos y las redes de transmisión.

Y, sin embargo, la demanda va a crecer rápidamente por la aceleración de las nuevas tecnologías. El aumento de las exigencias gubernamentales de transparencia por parte de diversas industrias puede centrar la atención en la demanda de electricidad de los centros de datos a medida que siga aumentando.

El informe de la AIE recomienda varias medidas a los responsables políticos y al sector privado para ayudar a la industria a compensar el crecimiento de la demanda y alcanzar sus objetivos de emisiones.

Las políticas podrían incluir planes reguladores y voluntarios para mejorar la eficiencia energética de componentes como servidores, almacenamiento de datos, calefacción, ventilación y aire acondicionado.

También podrían desempeñar un papel las orientaciones sobre eficiencia energética en los edificios.