데이터 센터와 에너지 부문이 AI의 전력에 대한 욕구를 충족시킬 수 있는 방법

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데이터 센터와 에너지 부문이 AI의 전력에 대한 욕구를 충족시킬 수 있는 방법

2024년 9월 17일| 기사

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데이터 센터의 성장과 AI 도입은 전력 가용성에 달려 있습니다. 전력 인프라와 인접 부문의 투자자를 위한 기회가 빠르게 생겨나고 있습니다.

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기사(10페이지)

디지털화와 AI 기술 의 급증하는 채택으로 미국 전역의 데이터 센터에 대한 수요가 증폭되었습니다. 현재 채택 속도에 발맞추기 위해 데이터 센터의 전력 수요는 10년 말까지 현재 용량의 약 3배로 증가할 것으로 예상되며, 현재 미국 전체 전력 수요의 3~4%에서 2030년에는 11~12%로 증가할 것입니다.1급증하는 컴퓨팅 및 데이터 수요는 전력 소비에 비해 칩 효율성이 감소하는 것과 함께 컴퓨팅 기능의 향상으로 더욱 가속화되고 있습니다. 예를 들어, 중앙 처리 장치가 성능 효율성을 두 배로 늘리는 데 필요한 시간은 2년에서 거의 3년으로 늘어났습니다. 그리고 10년 말까지 미국에서 필요한 50기가와트(GW) 이상의 추가 데이터 센터 용량을 제공하려면 데이터 센터 인프라에만 5,000억 달러 이상을 투자해야 합니다.2

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저자에 대하여

전력 부문은 AI 스토리에서 빠르게 주인공이 되고 있습니다. 전력에 대한 접근성은 새로운 데이터 센터 구축을 주도하는 중요한 요소가 되었습니다. 전력 생태계가 데이터 센터의 엄청난 전력 수요를 충족하는 데 어려움을 겪으면서 안정적인 전력 공급원, 전력 지속 가능성, 전력 접근을 위한 상류 인프라, 데이터 센터 내 전력 장비, 시설과 인프라를 구축하는 전기 무역 근로자에 ​​대한 제한을 포함한 상당한 제약에 직면합니다. 예를 들어 현재 북부 버지니아와 같은 대규모 시장에서 새로운 데이터 센터에 전력을 공급하는 리드 타임은 3년 이상일 수 있습니다. 그리고 어떤 경우에는 전기 장비의 리드 타임이 2년 이상입니다.

데이터 센터와 전력 인프라에 대한 충분한 투자 없이는 AI의 잠재력이 완전히 실현되지 않을 것입니다. 이 기사에서는 빠르게 진화하는 이 분야, 즉 AI의 미래 성장과 데이터 센터에 대한 수요, 데이터 센터 확장의 과제, 투자자와 현직자가 AI의 잠재력을 실현하는 데 도움을 주면서 상당한 이익을 실현할 수 있는 방법에 대해 다룹니다.

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데이터 센터에 대한 수요 증가 범위

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McKinsey의 AI인 QuantumBlack에 대하여

McKinsey 분석에 따르면, 미국은 데이터 센터 시장에서 가장 빠르게 성장할 것으로 예상되며, 2024년 25GW의 수요에서 2030년 80GW 이상의 수요로 성장할 것으로 예상됩니다. 이러한 성장은 디지털화와 클라우드 마이그레이션으로 인한 데이터, 컴퓨팅 및 연결의 지속적인 증가와 새로운 기술의 확장(가장 중요한 것은 AI)에 의해 촉진됩니다. McKinsey 연구에 따르면 생성 AI(gen AI)는 글로벌 경제 전반에 걸쳐 2조 6,000억 달러에서 4조 4,000억 달러 사이의 경제적 가치를 창출하는 데 도움이 될 수 있습니다.3그러나 10년 안에 이 잠재력의 4분의 1만 달성하려면 미국에서만 50~60GW의 추가 데이터 센터 인프라가 필요합니다.

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데이터 센터 부하를 독특하게 만드는 것은 무엇입니까?

이 수요를 충족하려면 현재 미국에서 생산되는 것보다 훨씬 더 많은 전기가 필요합니다. 전기 수요의 급증은 미국에서 전례가 없는 일이며, 2007년 이후로 전체적으로 전력 수요가 거의 증가하지 않았습니다.4데이터 센터 부하는 2030년까지 추가되는 모든 순 신규 수요의 30~40%를 차지할 수 있으며, 수요 증가는 국내 제조, 전기 자동차, 전해조에서 발생합니다(사이드바 "데이터 센터 부하는 무엇이 독특합니까?" 참조). 2024년에서 2030년 사이에 미국 데이터 센터의 전기 수요는 약 23%의 CAGR로 약 400테라와트시 증가할 것으로 예상됩니다(표 1).

증거물 1

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데이터 센터에 대한 수요가 증가함에 따라, 전력 가치 사슬에 있는 기업에 미치는 영향이 더욱 분명해지고 있습니다.

전력 가치 사슬 전반의 제약이 진전을 방해할 수 있습니다.

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전력 가치 사슬 전반의 기업들은 제약과 부족에 맞서 싸우고 있으며, 이는 진전을 가로막고 있습니다. 이 산업은 노드 크기와 트랜지스터 밀도에 대한 물리적 한계에 접근하고 있으며, 긴 리드타임도 진전을 방해했습니다. 북부 버지니아, 캘리포니아 산타클라라, 피닉스와 같은 주요 데이터 센터 허브의 데이터 센터 사이트에 대한 새로운 전원 연결을 확보하는 데 필요한 시간이 증가하고 있습니다. 암스테르담, 더블린, 싱가포르와 같은 미국 외부의 지역은 최근 몇 년 동안 많은 새로운 데이터 센터 구축에 대해 모라토리엄을 적용했는데, 그 이유는 주로 이를 지원할 전력 인프라가 부족하기 때문입니다.

동시에, 새로운 AI 부하에 대한 수요는 컴퓨팅 가용성 부족에 기여했습니다. 대규모 1계층 데이터 센터 시장의 공실률은 사상 최저 수준으로, 상호 연결 및 그리드 접근을 방해하고 있으며, 특히 데이터 센터 부하가 이미 전체 수요의 상당 부분을 차지하는 고도로 침투된 시장에서 그렇습니다. 예를 들어, 북부 버지니아의 공실률은 2023년에 1% 미만이었습니다.5McKinsey 조사에 따르면, 새로운 사이트를 구축할 때 데이터 센터 운영자에게 가장 큰 고려 사항은 전력 공급 시간입니다. 투자자의 긴장을 더하는 것은 그리드에 대한 접근성이 감소함에 따라 규제된 유틸리티를 위한 그리드에 투자하고 추가로 구축하는 일정이 데이터 센터의 개발 주기보다 길어졌다는 것입니다.

특히, 대부분 시장에서 전력 부족은 전력을 생성할 수 없는 것이 아니라 송전망과 상호 연결하는 데 한계가 있기 때문입니다. 그러나 발전 함대의 잠재 용량은 대부분 최대 수준 이하에서 작동하는 화석 연료 발전소에 의해 유지됩니다. 하이퍼스케일러와 유틸리티가 지속 가능성 공약을 지원하기 위해 재생 에너지 함대를 구축하기 위해 노력하는 동안 데이터 센터의 새로운 부하뿐만 아니라 전기화(예: 운송 및 산업)에서 증가하는 부하와 결국 폐쇄될 노후 열 발전소의 백필을 공급해야 할 지속적인 필요성이 있습니다. 결과적으로 지속 가능성 공약은 어떤 경우에는 운영 유지에 밀려나고 있습니다.

대량 송전망에 전력을 공급할 수 있는 지역에서는 변압기, 현장 백업 발전기, 전력 분배 장치(PDU)와 같은 전력 장비에 대한 추가적인 제약이 있으며, 어떤 경우에는 역사적으로 가장 긴 리드 타임이 거의 2년에 달합니다(표 2).

증거물 2

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긴장된 노동력은 추가적인 저해 요인이며, 특히 이러한 프로젝트를 실행하는 데 필수적인 전기 무역 노동자의 새로운 부족이 있습니다. McKinsey는 예상되는 데이터 센터 구축과 반도체 제조 및 배터리 기가팩토리와 같은 유사한 기술을 필요로 하는 비슷한 자산을 기반으로 미국에서 최대 400,000명의 무역 노동자가 부족할 것으로 예상합니다.6

또한 이 산업은 2030년까지 24시간 연중무휴 탄소 없는 에너지 사용이라는 목표를 달성하기 위해 탄소 발자국을 탈탄소화해야 하는 엄청난 과제에 직면해 있습니다. 전력망의 탄소 배출 강도는 향후 10년 내에 감소할 것으로 예상되지만,7전국적으로 천연가스 발전이 증가할 것으로 예상됩니다(표 3). 동시에, 대부분의 그리드 탈탄소화 타임라인(존재하는 경우)은 주요 하이퍼스케일러가 설정한 목표를 훨씬 초과합니다.

증거물 3

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주, 지방 관할권 및 전력 회사가 지속 가능성 목표를 설정하고 이를 위해 노력함에 따라 주요 기업 고객도 자체 설계 목표를 달성하고 있음을 입증해야 합니다. 많은 공약이 존재하지만 산업 전체에서 깨끗한 전력을 달성하기 위한 허용된 표준은 없습니다. 그리고 그리드가 광범위한 지역에서 동기화되기 때문에 공유 시스템에서 로컬 및 시간 일치 발전 및 소비를 추적하는 것은 복잡한 회계 활동이 됩니다. 결과적으로 이러한 목표는 측정하기 어렵고 종종 달성하기 어렵습니다. 이 부문의 기업은 분리된 재생 에너지 인증서, 전력 구매 계약(PPA), 시간 일치 재생 에너지 인증, 탄소 매칭, 오프셋 및 인증 활동을 포함하여 탄소 회계를 관리하기 위해 다양한 도구와 접근 방식을 사용했습니다. 저탄소 전력은 훨씬 더 중요한 투자 영역이 될 것이지만 현재로서는 많은 이해 관계자가 미래에 대한 동기, 야망 및 방향을 스스로 정의해야 합니다.

데이터 센터 성장에 있어 투자자와 현직자를 위한 미개척 기회

데이터 센터 생태계의 경우, 엄청난 자본 투자와 전력 부문과의 긴밀한 연계는 상당한 기회를 제공합니다.

전력 가치 사슬 전반에 걸쳐 투자자는 데이터 센터에 대한 수요를 충족하고 성장을 가속화하는 솔루션에 참여하고 이를 활성화할 수 있습니다. 현재의 진행 상황과 한계는 모두 투자자가 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 세 가지 명확한 영역을 보여줍니다. 전력 접근 및 소스, 전력 장비, 거래 및 기술자입니다.

전력 가치 사슬 전반에 걸쳐 투자자는 데이터 센터에 대한 수요를 충족하고 성장을 가속화하는 솔루션에 참여하고 이를 활용할 수 있습니다.

전원 접근 및 소스

투자자와 현직자는 전력 접근 및 공급원에 대한 새로운 솔루션을 만드는 데 참여할 수 있는 충분한 기회가 있습니다. 네 가지 영역이 가장 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

송전 및 배전 투자. 데이터 센터 확장 시 전력 가용성의 중요성이 커지면서 더 많은 유틸리티 회사가 데이터 센터의 중요성과 잠재력을 깨닫게 되었습니다. 2021년에는 3개 공급업체에 불과했던 반면, 2023년 4분기 실적 발표에서 21개 유틸리티 공급업체가 데이터 센터를 언급했습니다. 그 결과, 투자자는 유틸리티 회사에 투자를 집중하여 주요 시장에서 송전 및 배전(T&D) 인프라를 구축할 수 있습니다. 데이터 센터와 전력에 대한 수요는 둔화될 조짐이 보이지 않으므로 T&D 시장이 그에 따라 성장할 것입니다. Gen AI의 발전으로 더 많은 데이터가 생성되어 대량의 데이터를 관리하는 데 따르는 문제를 피하기 위해 데이터 저장 센터에 대한 필요성이 커질 것입니다. T&D 인프라에 대한 투자로 더 나은 컴퓨팅 및 저장 시스템을 구축할 수 있습니다.

신뢰할 수 있고 저렴한 전력에 접근할 수 있는 2차 시장. 데이터 센터 구축(18~24개월에 이를 수 있음)과 전력 인프라 개발 일정 사이에는 자연스러운 긴장이 존재합니다. 가스 및 재생 에너지 프로젝트는 일반적으로 3~5년이 걸리고 송전 개발은 일반적으로 7~10년이 걸릴 수 있습니다. 이러한 긴장은 창의적으로 타이밍 갭을 메울 수 있는 기회를 제공합니다. 많은 하이퍼스케일러는 핵심 데이터 센터 시장 외부의 새롭고 비정형적인 위치에 용량을 구축하고 있습니다. 이러한 지역은 더 저렴하고 사용 가능한 전력을 제공하고 탄소 없는 인프라의 잠재력이 있기 때문입니다. 예를 들어 아이오와, 와이오밍, 인디애나, 오하이오는 각각 상위 4대 하이퍼스케일러 중 최소 2곳을 보유하고 있거나 투자를 받았습니다. 데이터 센터 성장의 대부분(약 70%)은 2030년까지 하이퍼스케일러가 직접 또는 간접적으로(예: 클라우드 서비스를 통해) 충족할 것으로 예상되므로 이러한 새로운 위치 중 일부는 하이퍼스케일러가 자체적으로 구축하거나 하이퍼스케일러가 출시 시간을 단축하도록 돕는 맞춤형 공동 배치 공급업체를 통해 구축됩니다.

투자자는 회사 또는 사이트 수준에서 데이터 센터 개발자에 투자하여 이러한 급성장하는 시장에서 성장을 촉진할 기회를 찾을 수 있습니다. 또한 이러한 2차 위치에서 광섬유 또는 전력 인프라 구축을 가속화하는 등 가치 사슬 전반에 투자할 수도 있습니다. 대규모 모델을 훈련하는 데 사용 사례가 증가함에 따라 광섬유 네트워크 전반의 지연 시간이 다소 덜 중요해져서 추가 지역으로 확장하는 것이 더욱 매력적으로 보입니다. 이러한 위치에 있는 데이터 센터는 여전히 상당한 데이터 처리량이 필요하고 앞으로 제공하는 서비스에 덜 유연할 수 있지만, 많은 경우 출시 속도와 매력적인 경제성이 사이트의 보다 전문화된 특성보다 더 중요할 것입니다. 새로운 데이터 센터에 대한 수요로 확장되는 시장에서 대규모 전력 프로젝트에 대한 기회가 증가합니다. 계약된 오프테이크를 찾기가 더 쉬워질 가능성이 높기 때문에 대부분의 프로젝트가 가능하기 때문입니다(표 4).

증거물 4

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데이터 센터 구축에 있어서 핵의 기회

미터 뒤 솔루션. 투자자는 지역 공급 가용성 또는 송전 제약이 악화됨에 따라 유틸리티 제공자가 속도 또는 신뢰성 요구 사항을 따라갈 수 없는 지역에 전력을 공급하기 위해 미터 뒤 솔루션을 지원할 수 있습니다. 예를 들어, 투자자는 그리드 외부에서 완전히 고립될 수 있는 전력을 구축하거나, 기존 사이트 또는 시설을 개조하여 밀도를 높이고 추가 용량을 제공하거나, 그리드를 보완하기 위한 보충 전력을 제공할 수 있는 기회를 모색할 수 있습니다(사이드바 "데이터 센터 구축에서 핵의 기회" 참조). 이러한 기회에 사용할 수 있는 사이트는 제한적이지만, 투자자들 사이에 더 많은 경쟁과 시급성을 만들어서 늦기 전에 조치를 취하면 사이트를 운영하는 데 필요한 인재, 연결성 및 규제 요구 사항을 확보하는 데 도움이 될 수 있습니다.

재생 에너지 공급업체가 주도하는 지속 가능성 야망. 앞으로 몇 년 동안 수백 테라와트시의 추가 에너지 수요가 예상됨에 따라 선도적인 기후 공약을 내놓은 하이퍼스케일러 및 기타 대형 업체에 대한 깨끗한 전력에 대한 상응하는 수요가 있을 것입니다. 이 수요는 데이터 센터 공간 외부의 수많은 기업 공약 외에도 주 및 유틸리티 수준 목표에 점진적으로 도달해야 합니다. 결과적으로 추가 재생 에너지 프로젝트에 대한 요구가 계속될 것으로 예상되며 최근에 나타난 높은 PPA 요금을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.8예를 들어 해상 풍력, 핵분열, 핵융합, 지열, 가스 탄소 포집 및 저장, 청정 연료 등 많은 기술이 중장기적으로 이 에너지를 공급할 수 있지만, 새로운 청정 발전의 대부분은 태양광과 육상 풍력에서 나올 것으로 예상됩니다. 이 분야에 대한 투자는 오랜 실적이 있지만, 이 실적에는 과거에 엇갈린 수익이 일부 포함되어 있습니다. 그러나 국내 공급망, 프로젝트 후원, 증가하는 운영 및 유지 관리 요구 사항에서 새로운 기회가 다른 환경에서 발생하고 있으며 새로운 위험 프로필과 매력적인 수익을 제공할 수 있습니다.

전력 장비

새로운 전력망을 만드는 것은 자연스럽게 장비 공급에 의존하는데, 이는 새로운 또는 떠오르는 기술에 투자할 수 있는 기회를 제공합니다. 중요한 장비의 부족은 발전기를 만드는 데 집중하는 소규모 회사와 PDU를 만드는 하이퍼스케일 중심 공급업체 사이에서 성장을 가능하게 했습니다.9투자자는 규모를 확장하는 데 도움이 되는 중요한 장비를 만드는 소규모 회사를 찾아낼 수 있습니다.

게다가 랙 전력 밀도가 빠르게 증가(랙당 50~100킬로와트 이상)함에 따라 변압기, 스위치기어, PDU에 걸쳐 장비의 전력 정격이 높아지고 있으며, 이는 제품 라인의 변화와 혁신을 필요로 하며 신규 진입자에게 기회를 창출합니다. 같은 맥락에서 모듈화와 기계, 엔지니어링, 배관 패키지와 같은 사전 제작 기술을 전문으로 하는 것은 하이퍼스케일러가 새로운 데이터 센터를 더 빠르게 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

무역 및 기술자

데이터 센터와 관련 전력 인프라 시장의 성장 속도를 감안할 때, 전기 및 기계 설치 작업을 위한 숙련된 인재 공급의 격차가 빠르게 벌어지고 있습니다. 이러한 프로젝트에 역사적으로 의존해 온 대형 전문 계약자는 점점 더 지역 공급업체와 협력하여 인재 공급을 확대하고 있습니다. 그리고 데이터 센터 인프라에 경험이 있는 인재가 제한적인 지역에 더 많은 데이터 센터가 건설되고 있기 때문에 계약자는 인재를 설치 위치로 옮기고 있습니다.

이러한 수요 증가는 이 분야의 기업과 노출을 늘리려는 투자자에게 몇 가지 기회 영역을 제공할 수 있습니다. 첫째, 수요가 크게 증가하는 지역에서 여러 하위 규모 계약자를 통합하고 확장할 수 있는 잠재력이 있습니다. 이러한 기업은 일반적으로 대규모 프로젝트를 독립적으로 실행할 규모, 자본 및 관계가 부족하지만 사용 가능한 인재를 안정적으로 공급할 수 있습니다. 둘째, 규모가 큰 기업은 오프사이트 제조 및 조립 점유율을 늘리고, 현장 인재에 대한 필요성을 줄이고, 프로젝트 실행을 가속화하는 데 투자할 수 있으며, 이는 마진 확대를 가능하게 할 수 있는 더 낮은 비용으로 이루어질 가능성이 높습니다. 마지막으로, 특히 기술 감독자와 같이 심각하게 제약을 받는 역할의 경우 인재 소싱 및 교육을 재구성하는 것이 부족 문제를 해결하는 데 필수적입니다. 신뢰할 수 있고 자격을 갖춘 노동력의 가용성은 이 분야의 플레이어에게 중요한 차별화 요소가 될 것입니다.

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Gen AI는 지난 20년 동안 다른 어떤 기술보다 전력의 속도와 규모를 가속화해야 할 필요성을 더욱 높였습니다. 데이터 센터의 성장은 전체 시스템에서 안정성과 경제성을 보장하기 위해 투자가 필요한 전력 및 데이터 센터 인프라 모두에서 격차를 빠르게 드러냈습니다. 동시에, 깨끗한 전력 목표를 달성하기 위해 추가 전력이 필요할 것입니다. 이러한 상황 속에서 차세대 전력 공급 및 데이터 저장에 투자할 수 있는 수많은 기회가 있는데, 이는 소유자가 더 높은 지불 의향을 가지고 있는 분야입니다. 전력이 많이 필요한 이 분야에서 틈새 시장을 개척할 수 있는 투자자와 현직자는 Gen AI의 성장을 촉진하고 차세대 전력 기술에서 유리한 위치를 차지할 수 있습니다.

저자에 관하여

Alastair Green 은 McKinsey 워싱턴 DC 사무소의 수석 파트너입니다. Humayun Tai 는 뉴욕 사무소의 수석 파트너입니다. Jesse Noffsinger 는 시애틀 사무소의 파트너입니다. Pankaj Sachdeva 는 필라델피아 사무소의 수석 파트너입니다. Arjita Bhan 은 보스턴 사무소의 컨설턴트입니다. Raman Sharma 는 토론토 사무소의 준파트너입니다.

저자는 이 논문에 기여해 주신 Chhavi Adtani, Kelsie Johnson, Nicholas Shaw, Patrick Chen, Rishi Gupta, Satyam Taneja에게 감사드리고 싶습니다.