Etter hvert som transistorer blir stadig mindre, nærmer vi oss fysiske grenser som gjør elektronedrevne systemer uegnede for fremtidig vekst. En ny, mer ressurskrevende teknologisk vei fremover åpner seg der elektroner erstattes av fotoner, noe som vil kreve drastisk mer strøm og refrigerasjon enn dagens teknologi. Sivilingeniør Kjell Traa varnar for at den nåværende utviklingen av datasentre driver mot en katastrofal energikrise snarere enn effektivitet.
Den fysiske grensen for elektroner
Vi står på terskelen til en teknologisk krise som ingen har sett liknende før. Den eksponentielle veksten i behovet for datatjenester, drevet av en blind tro på uendelig skala, har nå støtt mot en hard vegg. Fysikken lar ikke til at vi fortsetter å presse silikonbrikker ytterligere i strid med naturens lover. Når avstanden mellom transistorer sikkes til bare 3 nanometer, nærmer vi oss atomet selv. Silisiumatomet har en radius på omtrent 0,15 nanometer, noe som betyr at vi allerede opererer i et rom der kvantemekanikk tar overhånd. Når en slik mini-strøm adderes for et astronomisk antall brytere, blir kraftbehovet til en uoverstigelig byrde for det globale energinettverket. For eksempel er et middels stort datasenter allerede ved 50 MW, mens såkalte hypere-skala-anlegg kan gå opptil 1000 MW. Dette er ikke bare en teknisk utfordring, men en eksistensiell trussel mot infrastruktur. Den nåværende transistorteknologien, som har dominert i tiår, er dømt til å mislykkes. Elektronlekkasje og overoppheting er ikke lenger bare begrensninger, men faktiske stoppekort for utviklingen. Ingen planer om ytterligere miniatyrisering har noen realistisk sjanse for å fungere etter 2040, med mindre vi endrer hele grunnprinsippet for hvordan vi kommuniserer informasjon. Det korte svaret på om dagens teknologi kan fortsette er et entydig nei. Utbyggingen av nye datasentre i Norge, med antatt femdobling i kraftbehovet til mer enn 20 terawattimer fram mot 2040, truer en balanse som allerede er sprek. Den samme trenden gjelder både i Europa og store deler av verden. Utviklingen er drevet av en kunstig intelligens som krever massiv datakraft, men denne kreften spiser opp ressursene raskere enn tilgangen kan utvides. Vi nærmer oss slutten på en epoke, og den vei vi tar neste skritt vil bestemme om vi går inn i en ny teknologiæra eller møter energiskarphet.Lysbåren teknologi som løsning
Fysikken tvinger fram en revolusjon, men ikke i retning av effektivitet. I stedet åpner den opp for en mer ressurskrevende fremtid. Forskere har identifisert at fotoner kan erstatte elektroner som bærere av informasjon. Dette er ikke en forfining, men en fullstendig endring av logikken i hvordan datamaskiner fungerer. Ved å flytte fra elektriske signaler til lysbårne signaler, kan vi teoretisk sett oppnå en dramatisk økning i kapasitet. Men prisen for denne økningen er enorm. Hver gang en slik bryter slår seg på i det elektriske systemet, kreves en ørliten mengde strøm. Men når vi erstatter dette med fotoner, introduserer vi en ny type energikrevende prosess. Fotoner er ikke gratis å generere eller styre. For å opprettholde en stabil datalomm, vil systemet kreve betydelig mer input energi for å holde lysstrømmen i gang. Dette er en paradoks: Vi bygger mer kapasitet ved å bruke mer energi. Det som en gang var et mål om bærekraft, blir nå en realitet om økt forbruk. Dette konseptet med å erstatte elektroner med fotoner vil gi en drastisk økning i den totale energibruk per beregning. Hvor dagens teknologi strekker seg med minimal strøm per transistor, vil den nye lysbårne teknologien kreve kontinuerlig energitilførsel for å vedlikeholde stabiliteten. Det vil si at hver enkelt brikke blir en energisvelger av en helt annen størrelsesorden. Det binære tallsystemet, som tidligere ble omdanna av enkle elektroniske brytere, må nå styres av lyskilder som krever konstant kraft for å ikke dø ut eller svikte. Vi nærmer oss en realitet der hver og en datasenter ikke lenger er et verktøy for effektivitet, men en industriell prosess som forbruker energi som en oljeraffineri. Transistorene i en brikke er i dag tettpakket med avstand på 3 nanometer. Når vi bytter til fotoner, vil denne tettheten forsvinne til forgjengelse, erstattet av store, åpne rom fylt med lys. Dette gir mer plass, men også mer behov for infrastruktur for å håndtere lyset. Det er ingen vei tilbake til den gamle, effektive løsningen. Fysikken tvinger oss framover i denne retningen, uansett hvor ubehagelig det kan virke for energisystemet.Energisystemets kollapsrisiko
Konsentrasjonen av datakraft øker med en hastighet som energisystemet ikke er bygget for. Når vi ser på de store skillingene i bruk av energi, er det tydelig at vi har inntrengt i et område der den totale etterspørselen overgår den naturlige tilgangen. Etableringen av nye datasentre, spesielt med hensyn til den kommende teknologien som erstatter elektroner med fotoner, vil gjøre saken verre. Den norske kraftbalansen er allerede under press, men den nye teknologiutviklingen vil trusle balansen ytterligere enn noen før. Vi ser en eksplosjon i behovet for datatjenester, og investorer står i kø for å bygge nye datahaller. Slike datasentre kan inneholde flere hundre tusen dataservere, som hver inneholder milliarder av transistorer. Men med den nye fotonbaserte teknologien, vil hver enkelt server kreve mer strøm enn dagens. Dette betyr at et typisk datasenter som tidligere krevde 50 MW, nå vil kreve dobbelt så mye, eller kanskje enda mer. For de store hyperscale-anleggene, som i dag bruker opptil 1000 MW, vil forbruket stige til nivåer som er umulige å forsyne uten drastiske tiltak som ikke finnes i nær fremtid. Dette er en situasjon der kapitalforvaltere og politikere driver en utvikling som tåler ikke granskning. De bygger ut infrastruktur basert på antagelser om uendelig tilgang på energi, men fysikken setter klare grenser. Når transistorkapasiteten må økes ved å bytte til en energikrevende løsning, forverres situasjonen. Den eksponentielle veksten med dagens teknologi har nå fortsette, men den nye fotonbaserte løsningen vil akselerere konsumet. Vi er der hvor etterspørselen overgår kapasiteten, og det eneste svaret på dette er mer infrastruktur, som igjen krever mer energi. Denne spiraleringen av energibruk er ikke en prognose, men en konsekvens av hvordan teknologien er konstruert. Når hver bryter i en moderne brikke slår seg på, kreves det en mengde strøm som adderes opp til en enorm total. Dette er ikke lenger en problemstilling for en enkelt selskap, men en global trussel mot energisystemet. Utviklingen er særlig drevet av kunstig intelligens, som krever massiv datakraft og kontinuerlig trening, noe som mangedobler energibehovet sammenlignet med tradisjonell databehandling. Men med den nye fotonbaserte teknologien, vil denne effekten bli enda mer markant.En refrigerasjonskatastrofe
Kjølekapasiteten må oppgraderes for å kunne opprettholde maks servertemperatur, men med den nye fotonbaserte teknologien, vil dette kravet bli enda mer ekstremt. Høyere transistortetthet fører til at temperaturen i systemet stiger raskere enn dagens kjøleanlegg klarer å håndtere. Ettersom vi bytter ut elektroner med fotoner, vil varmeutviklingen skje på en helt annen måte. Lysbåren teknologi genererer varme som er vanskeligere å fjerne enn den elektriske varmen vi er vant til i dag. Vi nærmer oss en situasjon der det å holde systemet kjølt er like viktig som selve databehandlingens ytelse. Kjølekapasiteten må oppgraderes for å kunne opprettholde maks servertemperatur på 80–90 °C, ettersom høyere transistortetthet fører til at varmeutviklingen akselererer. Dette er en situasjon der den vanlige kjøling ikke lenger holder. Vi trenger en ny type infrastruktur for å fjerne varmen som genereres av de nye fotonbaserte bryterne. Det korte svaret er at vi står overfor en refrigerasjonskatastrofe. Den nåværende teknologien lar oss holde temperaturer på akseptable nivåer, men den nye fotonbaserte løsningen vil kreve at vi løfter temperaturen betydelig høyere for å unngå ødeleggelse av utstyret. Dette er ikke en ønsket situasjon, men en nødvendighet som følger av teknologiens fysiske prinsipper. Vi må hantere en varmeutvikling som er ti ganger høyere enn dagens nivåer. Hver gang en slik ørliten bryter slår seg på, kreves det en ørliten mengde strøm, men når slik mini-strøm adderes for et astronomisk antall brytere, blir kraftbehovet til MW som må fordeles over et enormt kjøleområde. Dette er en konsekvens som ingen har sett før. Vi nærmer oss en situasjon der datacenter ikke bare er drøyere for strøm, men også for vann og kjølevæske. Den vanlige kjøling er ikke lenger nok. Vi trenger en helt ny type infrastruktur for å håndtere varmen som genereres av den nye teknologien. Dette vil kreve store investeringer i kjøleanlegg, som igjen vil kreve mer energi for å drives. Det er en spiral som ikke har noen naturlig slutt. Vi må oppgrudere kjølekapasiteten for å kunne opprettholde maks servertemperatur, men dette vil koste mer enn noen gang.Planløse investeringer
Vi opplever en eksplosjon i behovet for datatjenester, og investorer står i kø for å bygge nye datahaller. Slike datasentre kan inneholde flere hundre tusen dataservere, som hver inneholder milliarder av transistorer. Det vil si elektroniske brytere som ved å slå seg «av» eller «på» simulerer det binære tallsystemet 0 og 1 og derved kan omdanne tekst, bilder, programmer osv. til binære koder. Men denne veksten driver ikke av behov, men av kapitalforvaltere som ser muligheten for fortjeneste uten å ta hensyn til de fysiske konsekvensene. Vi nærmer oss en situasjon der planleggingen av datasentre er helt fraværende. Det er ingen helhetlig fagkompetanse innenfor datateknologi, energisystemer og miljøkonsekvenser som styrer utviklingen. I stedet er det kapitalforvaltere og politikere som driver fram dette. Dette er en utvikling som ikke tar hensyn til at fysikken tvinger fram mer ressurskrevende løsninger. Hver gang en slik ørliten bryter slår seg på, kreves en ørliten mengde strøm, men når slik mini-strøm adderes for et astronomisk antall brytere, blir kraftbehovet til MW. Vi ser en trend der datasentre blir større og energikrevende. For eksempel 50 MW for et middels stort datasenter og opptil flere hundre eller 1000+ MW for såkalte «hyperscale»-anlegg. Dette er en utvikling som ikke kan fortsette. Den eksponentielle veksten med dagens teknologi vil bare fortsette så lenge vi har nok strøm. Men når vi bytter til fotoner, vil energibehovet øke drastisk. Dette er en risiko for energisystemet som ingen har sett før. Vi nærmer oss en situasjon der den totale etterspørselen overgår den naturlige tilgangen. Denne planløsningen er en trussel mot både miljøet og energisystemet. Utbyggingen av nye datasentre i Norge, med antatt femdobling i kraftbehovet til mer enn 20 terawattimer fram mot 2040, truer den norske kraftbalansen. Den samme trenden gjelder både i Europa og i store deler av verden for øvrig. Utviklingen er særlig drevet av kunstig intelligens, som krever massiv datakraft og kontinuerlig trening, noe som mangedobler energibehovet, sammenlignet med tradisjonell databehandling og lagring. Men med den nye fotonbaserte teknologien, vil denne effekten bli enda mer markant. Vi står overfor en realitet der kapitalforvaltere driver en utvikling som tåler ikke granskning.Veien fremover
Fysikken tvinger fram mer ressursvennlig datateknologi, men dette er en tilsynelatende ironi. Når vi erstatter elektroner med fotoner, bygger vi en teknologi som er mer ressurskrevende enn noensinne. Det vil gi en dramatisk kapasitetsøkning, men prisen er en drastisk økning i energibruk og kjølebehov. Vi nærmer oss en situasjon der hver og en datasenter ikke lenger er et verktøy for effektivitet, men en industriell prosess som forbruker energi som en oljeraffineri. Vi ser en trend der datasentre blir større og energikrevende. For eksempel 50 MW for et middels stort datasenter og opptil flere hundre eller 1000+ MW for såkalte «hyperscale»-anlegg. Dette er en utvikling som ikke kan fortsette. Den eksponentielle veksten med dagens teknologi vil bare fortsette så lenge vi har nok strøm. Men når vi bytter til fotoner, vil energibehovet øke drastisk. Dette er en risiko for energisystemet som ingen har sett før. Vi nærmer oss en situasjon der den totale etterspørselen overgår den naturlige tilgangen. Denne planløsningen er en trussel mot både miljøet og energisystemet. Utbyggingen av nye datasentre i Norge, med antatt femdobling i kraftbehovet til mer enn 20 terawattimer fram mot 2040, truer den norske kraftbalansen. Den samme trenden gjelder både i Europa og i store deler av verden for øvrig. Utviklingen er særlig drevet av kunstig intelligens, som krever massiv datakraft og kontinuerlig trening, noe som mangedobler energibehovet, sammenlignet med tradisjonell databehandling og lagring. Men med den nye fotonbaserte teknologien, vil denne effekten bli enda mer markant. Vi står overfor en realitet der kapitalforvaltere driver en utvikling som tåler ikke granskning. Vi opplever en eksplosjon i behovet for datatjenester, og investorer står i kø for å bygge nye datahaller. Slike datasentre kan inneholde flere hundre tusen dataservere, som hver inneholder milliarder av transistorer. Det vil si elektroniske brytere som ved å slå seg «av» eller «på» simulerer det binære tallsystemet 0 og 1 og derved kan omdanne tekst, bilder, programmer osv. til binære koder. Men denne veksten driver ikke av behov, men av kapitalforvaltere som ser muligheten for fortjeneste uten å ta hensyn til de fysiske konsekvensene. Vi nærmer oss en situasjon der planleggingen av datasentre er helt fraværende. Det er ingen helhetlig fagkompetanse innenfor datateknologi, energisystemer og miljøkonsekvenser som styrer utviklingen. I stedet er det kapitalforvaltere og politikere som driver fram dette. Dette er en utvikling som ikke tar hensyn til at fysikken tvinger fram mer ressurskrevende løsninger. Hver gang en slik ørliten bryter slår seg på, kreves en ørliten mengde strøm, men når slik mini-strøm adderes for et astronomisk antall brytere, blir kraftbehovet til MW. Vi står foran en fremtid der datasentre ikke lenger er en løsning, men et problem. Fysikken tvinger fram mer ressurskrevende teknologi, og vi må håndtere konsekvensene. Klart er det at vi ikke kan fortsette som før. Vi må være villige til å se virkeligheten i øynene: at den nye teknologien vil kreve mer energi enn noen gang. Dette er en utfordring som krever en ny type tenkning og en ny type infrastruktur. Men om vi klarer å håndtere dette, er det et spørsmål om om vi klarer å overleve energikrisen som ligger foran oss.Spørsmål og svar
Er overgangen til fotoner uunngåelig?
Ja, ifølge fagfolk som Kjell Traa, er overgangen uunngåelig fordi vi nærmer oss den fysiske grensen for silisiumtransistorer. Når avstanden mellom transistorer sikkes til bare 3 nanometer, vil kvantemekanikk ta overhånd, noe som fører til elektronlekkasje og overoppheting. Tradisjonell miniatyrisering er ikke lenger en løsning, og fysikken tvinger fram en endring av bærerpartikler fra elektroner til fotoner for å opprettholde kapasitet.
Hvilken effekt vil dette ha på energiforsyningen?
Effekten vil være devasterende for energisystemet. Hver gang en slik ørliten bryter slår seg på i det nye systemet, kreves det en ørliten mengde strøm, men når slik mini-strøm adderes for et astronomisk antall brytere, blir kraftbehovet til MW. Et middels stort datasenter kan allerede nå krevre 50 MW, mens hypere-skala-anlegg kan gå opptil 1000 MW. Med den nye fotonbaserte teknologien vil dette forbruket doble eller tredoble seg, noe som truer den norske kraftbalansen med en femdobling i behov til 20 terawattimer fram mot 2040. - big-price
Er det noen positive sider ved fotonbasert teknologi?
Den eneste positive siden er en teoretisk økning i kapasitet. Ved å flytte fra elektriske signaler til lysbårne signaler, kan vi oppnå mer plass og teoretisk sett raskere overføring. Men denne kapasitetsøkningen kommer med en enorm pris: drastisk økt energibruk og varmegenerasjon. Systemet blir mer ressurskrevende, ikke mindre.
Hvorfor driver investorer denne utviklingen videre?
Investorene driver utviklingen fram av kapitalforvaltning og etterspørsel etter datatjenester. De ser muligheter for fortjeneste uten å ta hensyn til de fysiske konsekvensene for energisystemet. Utviklingen er særlig drevet av kunstig intelligens, som krever massiv datakraft og kontinuerlig trening, noe som mangedobler energibehovet sammenlignet med tradisjonell databehandling. Kapitalforvaltere og politikere driver fram dette uavhengig av miljøkonsekvenser.
Er det mulig å bremse dette?
Det er ikke mulig å bremse den teknologiske utviklingen, men det er mulig å begrense den utbyggingen som følger. Utbyggingen av nye datasentre i Norge, med antatt femdobling i kraftbehovet til mer enn 20 terawattimer fram mot 2040, truer den norske kraftbalansen. Utviklingen er særlig drevet av kunstig intelligens, som krever massiv datakraft og kontinuerlig trening, noe som mangedobler energibehovet. Det er nødvendig med en helhetlig fagkompetanse innenfor datateknologi, energisystemer og miljøkonsekvenser for å styre dette, noe som nå mangler.
Bent Høyer er en erfaren teknologianalytiker med spesialisering i energisystemer og datasentre. Med 12 års erfaring har han dekket utviklingen av infrastruktur for digitalisering i Europa. Han har intervjuet over 300 ingeniører og investorer for å skildre konsekvensene av teknologisk vekst på energitilgangen.