À medida que a IA impulsiona uma nova onda de construção de data centers, as empresas estão experimentando instalações de borda distribuídas, demanda de eletricidade flexível, sistemas modulares e arranjos alternativos de energia. Essas abordagens podem mudar a forma como as comunidades calculam os custos da infraestrutura digital.
A imagem de um data center de IA tornou-se familiar. Ele ocupa centenas de hectares e está conectado a linhas de transmissão e subestações. Seus enormes edifícios estão repletos de servidores, e seus sistemas de resfriamento trabalham para evitar o superaquecimento de milhares de chips de alta potência. Esse modelo é real, mas não é o único.
Enquanto as comunidades debatem quanta infraestrutura digital podem suportar, engenheiros e operadores de redes elétricas discutem uma questão paralela: e se a próxima geração de data centers não precisar ser construída nem operada da mesma forma que a anterior?
O Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) estima que os data centers consumiram cerca de 415 terawatts-hora de eletricidade em todo o mundo em 2024, aproximadamente 1,5% do consumo global, e prevê que a demanda poderá dobrar até 2030. O PNUMA observa que os impactos no uso de água variam muito de acordo com o projeto da instalação, a tecnologia de resfriamento e a localização.
As diretrizes técnicas do governo federal dos EUA também rejeitam a ideia de um projeto ideal único. O guia de melhores práticas do Departamento de Energia dos EUA (DOE) para projetos de data centers trata a eficiência como um problema sistêmico, que inclui equipamentos de computação, resfriamento, infraestrutura elétrica, água, recuperação de calor e operações diárias.
O guia também alerta que cronogramas apertados podem levar as empresas a reutilizar abordagens que funcionaram no passado, em vez de questionar as reais necessidades de um projeto específico.
A distinção é importante porque muitos dos impactos que hoje alimentam a oposição das comunidades não são inerentes à computação em si. São consequências de escolhas: onde as instalações são construídas, quanta capacidade os desenvolvedores instalam, como obtêm eletricidade, como gerenciam o resfriamento e se a demanda delas pode se adaptar às condições da rede elétrica.
Sustentabilidade antes da construção
O PNUMA define a sustentabilidade de data centers como algo que vai além de simplesmente adicionar energia renovável depois que a instalação está pronta. A eficiência pode reduzir as emissões, diminuir os custos operacionais e aliviar a pressão sobre os sistemas elétricos.
O DOE recomenda começar pela redução da demanda de energia e, em seguida, considerar a reutilização do calor, a redução do consumo de água e a adição de energia renovável.
Os ganhos de eficiência nos equipamentos de computação podem se propagar por toda a instalação, pois servidores eficientes exigem menos infraestrutura elétrica e menos resfriamento.
O sistema de resfriamento, por si só, mostra o quanto dois data centers podem ser diferentes.
O guia do DOE trata o gerenciamento do fluxo de ar, os sistemas de água gelada, o free cooling (resfriamento com ar ou água do ambiente externo), o armazenamento térmico e o resfriamento líquido direto como opções de engenharia distintas. O guia também recomenda avaliar o uso de água junto com as medidas mais comuns de eficiência energética.
Pesquisadores e alunos da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson, de Harvard, abordaram o mesmo problema sob diversas perspectivas, incluindo o resfriamento direto no chip, a reutilização do calor residual e a avaliação da adequação de um local proposto às condições hídricas da região.
A construção modular acrescenta mais uma opção. Em vez de tratar cada projeto como um único campus gigantesco que precisa estar concluído antes de a capacidade entrar em operação, alguns desenvolvedores usam sistemas replicáveis, que permitem expandir as instalações em fases, conforme a demanda se concretiza.
A questão de fundo é mais ampla do que qualquer tecnologia isolada. O tamanho do edifício, o sistema de resfriamento, o uso do solo, o fornecimento de energia e o ritmo de expansão são escolhas de projeto, e não características fixas de algo chamado “data center”.
Rede elétrica e data centers
Astrid Atkinson, CEO e cofundadora da Camus Energy, empresa de software para redes elétricas, questiona a ideia de que um novo data center precise se comportar como um bloco inflexível de demanda de eletricidade.
“Estamos focados em criar conexões de rede para data centers que estejam dispostos a oferecer flexibilidade em troca de acesso”, disse Atkinson em entrevista.
As concessionárias de energia têm bons motivos para planejar de forma conservadora. Elas precisam manter o fornecimento durante eventos climáticos extremos, falhas de equipamentos e períodos de demanda excepcionalmente alta. Atkinson descreve o planejamento tradicional como a preparação para “a hora mais quente do dia mais quente do verão”, com margens extras de segurança somadas a isso.
Construir linhas de transmissão e subestações e gerar energia suficiente para atender ao pior cenário possível pode levar anos. Mas a rede elétrica não opera com carga máxima o tempo todo.
Atkinson propõe que alguns data centers reduzam o consumo de energia da rede quando o sistema estiver sobrecarregado, recorrendo temporariamente a armazenamento, a recursos locais ou à redistribuição da carga de trabalho computacional.
Isso permitiria que as concessionárias conectassem algumas cargas de grande porte antes de concluídas todas as melhorias convencionais na rede.
Segundo a Camus, a maioria dos acordos de interconexão flexível combina baterias, geração no local e contratos operacionais que definem o que acontece durante os períodos de restrição.
Concessionárias como PG&E, Southern California Edison e ComEd desenvolveram ou testaram versões de programas de conexão flexível. “Trata-se de ser um vizinho melhor para a rede elétrica”, disse Atkinson.
O DOE também aponta a flexibilidade da demanda como uma ferramenta para limitar os picos de consumo e aproveitar melhor a infraestrutura de rede, tanto a existente quanto a nova.
A agência oferece assistência técnica a órgãos reguladores que avaliam tarifas e outros mecanismos capazes de viabilizar a operação flexível de data centers e de recursos instalados atrás do medidor.
Isso, no entanto, não significa que todas as cargas de trabalho de IA possam simplesmente ser desligadas durante períodos de sobrecarga na rede. Os requisitos de confiabilidade variam, e algumas operações computacionais exigem disponibilidade contínua.
Em vez de perguntar apenas quantos megawatts uma instalação proposta pretende consumir, concessionárias e comunidades podem perguntar quantos desses megawatts precisam estar disponíveis 24 horas por dia, com que frequência a instalação espera operar na demanda máxima e quais cargas podem ser deslocadas quando a rede estiver sobrecarregada.
O objetivo de Atkinson é “extrair mais da infraestrutura que já temos”.
Isso pode afetar tanto as contas de luz quanto os cronogramas dos projetos. Transmissão e geração são caras, e alguém acaba pagando por elas.
Um estudo da Camus, da Encoord e do ZERO Lab da Universidade de Princeton concluiu que um data center hipotético de 500 megawatts, com interconexão flexível na área da PJM, operadora da rede elétrica de parte do leste dos EUA, poderia ser conectado anos antes de um projeto que aguardasse a conclusão de todas as melhorias tradicionais na rede.
Data centers distribuídos
Grande parte do debate público se concentra nas instalações de hiperescala, já que seu tamanho as torna muito visíveis. A computação de borda (edge computing) adota uma abordagem diferente: coloca quantidades menores de capacidade computacional mais perto das pessoas, dos dispositivos e das empresas que geram ou usam os dados.
Doug Recker, da Duos Edge AI, argumenta que essas instalações podem levar infraestrutura digital a comunidades que jamais teriam um campus de hiperescala.
A empresa instalou data centers de borda modulares no Texas por meio de parcerias com centros regionais de serviços educacionais e distritos escolares.
“Data center” descreve o que a infraestrutura faz, não uma forma física específica. Um campus de IA em hiperescala é um data center. Também o são uma instalação de colocation, uma estrutura modular e uma unidade de edge computing que atende a uma rede regional.
Cada uma delas pode impor demandas radicalmente diferentes de terreno, eletricidade, água e transmissão. A Duos também trata a infraestrutura digital como uma questão de desenvolvimento econômico.
Um representante da empresa fez um alerta deliberadamente contundente: “Se vocês expulsarem os data centers, as empresas irão para onde os data centers estão. As pessoas seguirão os empregos, e vocês terão a cidade fantasma dos tempos modernos.”
Essa previsão vai além do que as evidências comprovam para qualquer comunidade específica. Além disso, os data centers não são grandes empregadores permanentes em comparação com muitas instalações industriais tradicionais.
Ainda assim, as comunidades que tomam decisões sobre infraestrutura digital também estão decidindo como vão se conectar aos sistemas físicos que sustentam uma economia cada vez mais digital.
O próprio DOE identificou antigas comunidades dependentes de combustíveis fósseis e áreas de usinas desativadas como locais potenciais para data centers, como forma de revitalização, ao lado de novas fontes de energia limpa.
A computação de borda amplia ainda mais a discussão, pois uma comunidade não precisa necessariamente escolher entre um gigantesco campus de IA e a ausência total de infraestrutura digital local.
Para aplicações que se beneficiam de menor latência ou de processamento regional, instalações menores e distribuídas podem ser uma alternativa.
Critérios de localização
O trabalho do DOE sobre a demanda de eletricidade dos data centers inclui o potencial de reaproveitamento de usinas desativadas e de outros locais que já contam com infraestrutura energética valiosa.
Acesso à transmissão, subestações, fibra óptica, água, zoneamento e proximidade dos usuários podem pesar tanto quanto a energia disponível. Áreas industriais já existentes também podem oferecer às comunidades uma relação custo-benefício diferente da de um terreno virgem.
Um antigo complexo energético ou industrial pode já ter uma infraestrutura que seria cara e trabalhosa de reproduzir em outro lugar. O reaproveitamento também pode devolver a área a um uso produtivo sem criar uma pegada industrial totalmente nova.
Isso não significa que toda área contaminada ou usina desativada deva virar um data center. Remediação ambiental, capacidade da rede elétrica, demanda local e prioridades da comunidade continuam importando.
Impacto ambiental
Desenvolvedores que enfrentam longas filas de interconexão estão explorando geração própria, microrredes e instalações que operam parcial ou totalmente fora da rede convencional. Isso pode resolver um problema de prazo, mas não resolve automaticamente um problema ambiental.
Uma análise do escritório de advocacia Troutman Pepper Locke descreve o interesse crescente por soluções híbridas de energia e por geração distribuída, à medida que a demanda por computação avança mais rápido que a expansão da transmissão. A análise também aponta confiabilidade, regulação, fornecimento de combustível e impactos nas comunidades como preocupações recorrentes.
Atkinson é cautelosa em relação à geração fóssil no local como solução padrão. Sua preferência, segundo ela, não é simplesmente “colocar uma usina a gás ao lado de cada data center”.
Instalações fora da rede podem aliviar a pressão sobre os sistemas elétricos, mas também levantam novas questões sobre emissões, qualidade do ar local, infraestrutura de combustível e capacidade de geração ociosa.
As alternativas mais interessantes podem combinar várias estratégias, como computação flexível, baterias, geração renovável, expansão modular e instalações projetadas em função da eletricidade efetivamente disponível.
A análise da Troutman cita data centers modulares instalados junto a fontes de energia renovável, consumindo eletricidade que de outro modo seria desperdiçada. Isso inverte a lógica convencional de localização.
Em vez de construir geração e transmissão para atender a uma grande carga computacional, a demanda de processamento pode, em alguns casos, se deslocar para perto da energia que já existe.
O tipo de data center
Nenhuma dessas abordagens torna a construção de data centers isenta de impactos. Cada servidor consome eletricidade, cada instalação ocupa terreno e o resfriamento tem custos ambientais.
Baterias, edifícios e equipamentos elétricos exigem materiais. As comunidades ainda precisam decidir se os benefícios econômicos e tecnológicos de um projeto justificam suas demandas.
Essas decisões, porém, ficam mais difíceis quando todo data center é avaliado como se fosse o mesmo projeto. A proposta de Atkinson muda a forma como grandes cargas computacionais interagem com a rede.
Os operadores de edge computing mudam a localização da capacidade computacional. Os engenheiros, por sua vez, estão mudando as configurações de resfriamento, construção e energia.
Em conjunto, essas abordagens sugerem um conjunto mais amplo de perguntas para comunidades e desenvolvedores:
- Essa carga de trabalho exige um campus de hiperescala?
- O projeto pode ser expandido em fases, em vez de atender de imediato à demanda futura projetada?
- Alguns processos computacionais podem ser deslocados durante períodos de sobrecarga na rede elétrica?
- O local realmente precisa de novas linhas de transmissão?
- É possível reaproveitar infraestrutura industrial ou energética já existente?
- De quanta água o sistema de resfriamento realmente precisa?
- Uma instalação menor, na borda da rede, poderia atender à mesma necessidade local?
- O que acontece se a demanda projetada por IA não se concretizar?
Essas perguntas não encerram a disputa em torno dos data centers, mas a tornam mais precisa. A próxima fase do boom dos data centers pode depender de mais do que a velocidade com que os Estados Unidos conseguem construir..
Reportagem publicada originalmente em Forbes.com