دستگاه صد ساله که تلاش جهانی هوش مصنوعی را خفه می‌کند

ترانسفورماتورها برای جریان برق حیاتی هستند و زیربنای هر جنبه‌ای از زندگی مدرن را تشکیل می‌دهند.

از ترانسفورماتورهای کوچک که به تامین انرژی لوازم الکترونیکی مصرفی کمک می‌کنند . . .

. . . تا دستگاه‌های فوق ولتاژ بالا که برای سیستم‌های انرژی جهان حیاتی هستند و به مراکز داده و نیروگاه‌ها خدمات می‌دهند.

حدود ۹۰ درصد از کل برق در مسیر خود از تولید تا مصرف، از یک ترانسفورماتور عبور می‌کند، زیرا ولتاژ برای انتقال افزایش و برای استفاده ایمن کاهش می‌یابد.

اما قدرتمندترین ترانسفورماتورها با گلوگاه‌هایی مواجه هستند که قیمت‌ها را افزایش داده و مسابقه بی‌وقفه برای گسترش هوش مصنوعی را به خطر می‌اندازد.

درو باگلینو (Drew Baglino) در طول ۱۸ سال فعالیت خود در تسلا (Tesla) متوجه شد که شبکه انرژی ایالات متحده چقدر ناکافی شده است. فناوری متصل به شبکه به سرعت در حال پیشرفت بود، اما زیرساخت‌های پشتیبان آن برای دهه‌ها تغییر چندانی نکرده بود.

او می‌گوید: «اقتصاد قرن بیست و یکم همچنان بر یک سیستم قدرت ساخته شده در قرن نوزدهم تکیه دارد. این سیستم به سادگی قادر به همگام شدن نیست.»

ستون فقرات شبکه برق، ترانسفورماتور است — یک دستگاه حیاتی و عمدتاً پنهان که ولتاژ را افزایش می‌دهد تا برق بتواند به طور کارآمد در شبکه حرکت کند، سپس قبل از رسیدن به خانه‌ها و مشاغل، آن را کاهش می‌دهد.

اگرچه ترانسفورماتورها در ۱۵۰ سال گذشته بزرگ‌تر، کارآمدتر و تخصصی‌تر شده‌اند، اما این دستگاه‌ها همچنان به فرآیندهای تولید پیچیده و پرکار متکی هستند که خودکارسازی و مقیاس‌پذیری آنها دشوار است.

تقاضا برای ترانسفورماتورها و سایر تجهیزات برق در حال افزایش است، زیرا مراکز داده هوش مصنوعی با پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر، برقی‌سازی حمل‌ونقل و گسترش صنعتی برای منابع کمیاب رقابت می‌کنند.

میانگین زمان تحویل سفارشات ترانسفورماتور، که زمانی بر حسب ماه اندازه‌گیری می‌شد، اکنون به سال‌ها می‌رسد. قیمت برخی از دستگاه‌های بزرگ پس از همه‌گیری تقریباً دو برابر شده است. تحلیلگران انتظار دارند که کمبود عرضه حداقل تا سال ۲۰۳۰ ادامه یابد.

همانطور که مراکز داده هوش مصنوعی تقاضا برای ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ را افزایش می‌دهند، کمبودها به یک مانع اصلی برای رشد تبدیل می‌شوند.

بر اساس داده‌های به اشتراک گذاشته شده با فایننشال تایمز (FT) توسط SynMax، یک گروه تحلیلگر ماهواره‌ای و هوش مصنوعی، تقریباً ۴۰ درصد از پروژه‌های مراکز داده ایالات متحده که قرار است امسال راه‌اندازی شوند، در معرض خطر تاخیر در برنامه هستند. بیش از دوازده مدیر اجرایی صنعت گفتند که برق و تجهیزات مرتبط از دلایل اصلی تاخیرها، در کنار کمبود نیروی کار و موانع صدور مجوز، بوده‌اند.

بنجامین بوچر (Benjamin Boucher)، تحلیلگر ارشد در وود مکنزی (Wood Mackenzie)، می‌گوید: «بدون ترانسفورماتور، مرکز داده‌ای نخواهید داشت.»

ترانسفورماتورها اکنون در دستور کار سیاست‌گذاری قرار گرفته‌اند، با این حال، جستجو برای ظرفیت برق به قدری حاد شده است که مدیران فناوری، از جمله ایلان ماسک (Elon Musk)، در حال بررسی ساخت مراکز داده در فضا هستند.

لورا فلمینگ (Laura Fleming)، مدیر عامل هیتاچی انرژی (Hitachi Energy) در بریتانیا، که تولیدکننده پیشرو ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا در جهان است، می‌گوید: «گسترش و نوسازی شبکه دیگر یک انتخاب نیست. این یک نیاز مطلق برای رفاه اقتصادی برای همه است — برای مشاغل و برای مصرف‌کنندگان.»

ترانسفورماتورها همچنان بر همان اصل اساسی القای الکترومغناطیسی که توسط مایکل فارادی (Michael Faraday) در سال ۱۸۳۱ کشف شد، متکی هستند. پیشرفت‌ها در مواد و طراحی به بزرگترین دستگاه‌ها اجازه داده است تا ولتاژهای بالاتر را مدیریت کنند و از گسترش شبکه‌های ملی پشتیبانی کنند.

فلمینگ از هیتاچی می‌گوید: «آنها به مهندسی زیادی نیاز دارند. آنها به زمان طراحی زیادی نیاز دارند. آنها به مهارت و دانش فنی زیادی برای ساخت دستی نیاز دارند.»

قدرتمندترین ترانسفورماتورهای مورد استفاده در شبکه‌های برق و برای اتصال مراکز داده بزرگ، عظیم هستند — وزن آنها صدها تن و ارتفاع آنها تا ۱۵ متر می‌رسد. بزرگترین آنها می‌توانند به اندازه کافی برق را برای شارژ ۲۵ میلیون آیفون به طور همزمان مدیریت کنند و طراحی مقاوم آنها به این معنی است که می‌توانند برای دهه‌ها با نگهداری کم دوام بیاورند.

با وجود ۸۰,۰۰۰ طرح مختلف، اکثر ترانسفورماتورها همچنان باید عمدتاً بر اساس سفارش ساخته شوند و ساخت آنها سه تا شش ماه طول می‌کشد.

چالش‌برانگیزترین مرحله، سیم‌پیچی‌ها است، زمانی که سیم مسی در اطراف هسته ترانسفورماتور اعمال می‌شود — فرآیندی «زیبا»، به گفته برونو ملس (Bruno Melles)، مهندسی که اکنون کسب‌وکار جهانی ترانسفورماتور هیتاچی را رهبری می‌کند. او می‌گوید: «هر سیم‌پیچی منحصر به فرد است و هنوز یک فعالیت دستی انسانی است که ما به آن بسیار افتخار می‌کنیم.»

بوچر از وود مکنزی می‌گوید: «کمبود نیروی کار ماهر یکی از بزرگترین محدودیت‌ها برای گسترش ظرفیت تولید در ایالات متحده است.» تولیدکنندگان نیز پس از چرخه‌های رونق و رکود قبلی، از افزایش سریع تولید محتاط بوده‌اند.

تیم هولت (Tim Holt)، عضو هیئت مدیره اجرایی زیمنس انرژی (Siemens Energy)، می‌گوید که شرکتش «مراقب بوده تا بیش از حد سرمایه‌گذاری نکند و ظرفیت اضافی ایجاد نکند»، اما او معتقد است که تقاضا پایدار خواهد بود.

نشانه‌های اولیه در سال جاری حاکی از آن است که او حق دارد، با وجود کاهش موقت بازار در سال گذشته که تا حدی ناشی از تعرفه‌های دولت ترامپ بود. بزرگترین تولیدکنندگان ترانسفورماتور جهان ده‌ها میلیارد دلار سفارشات معوقه را در سه ماهه اول سال ۲۰۲۶ گزارش کرده‌اند. هولت می‌گوید کارخانه‌های اروپایی زیمنس انرژی «تقریباً برای چهار تا پنج سال آینده کاملاً مورد استفاده قرار گرفته‌اند.»

سرمایه‌گذاری در گسترش و نوسازی شبکه نیز در ایالات متحده در حال پیشرفت است، با وجود مخالفت رئیس جمهور دونالد ترامپ با انرژی‌های تجدیدپذیر و برقی‌سازی.

در پاسخ، تولیدکنندگانی مانند زیمنس انرژی، هیتاچی انرژی و GE ورنوا (GE Vernova) صدها میلیون دلار برای گسترش کسب‌وکارهای ترانسفورماتور خود متعهد شده‌اند.

برای محافظت از خطوط تامین بلندمدت ایالات متحده، ترامپ همچنین قانون تولید دفاعی (Defense Production Act) را فعال کرده است، که به وزارت انرژی اجازه می‌دهد وام‌ها و سایر مشوق‌ها را به تولیدکنندگان داخلی ارائه دهد، در حالی که ظرفیت زنجیره تامین شبکه کشور را «به طرز خطرناکی محدود» اعلام کرده است.

در کوتاه‌مدت، توسعه‌دهندگان ایالات متحده به واردات روی آورده‌اند. اتحادیه اروپا، مکزیک، کره جنوبی و برزیل بزرگترین تامین‌کنندگان ترانسفورماتورهای قدرت به ایالات متحده هستند که در مجموع بیش از سه چهارم واردات را از نظر ارزش در سال گذشته تشکیل می‌دهند.

واردات ترانسفورماتورهای توزیع ایالات متحده، که برای تامین برق خانه‌ها و مشاغل استفاده می‌شوند، نیز به طور فزاینده‌ای از چین، بزرگترین صادرکننده این دستگاه‌ها در جهان، تامین می‌شود. بر اساس داده‌های وود مکنزی، ارزش این واردات از کمتر از ۱ میلیون دلار در سال ۲۰۲۰ به ۱۷ میلیون دلار در سال ۲۰۲۵ افزایش یافته است.

بوچر می‌گوید: «مگر اینکه شاهد سرمایه‌گذاری بیشتر در بازار ایالات متحده باشیم، این ارقام حداقل در کوتاه‌مدت کاهش نخواهند یافت.»

با رقابت مراکز داده بزرگ هوش مصنوعی برای ساخت مراکز داده به اندازه آشیانه هواپیما که حداقل یک گیگاوات برق مصرف می‌کنند، نیاز به ترانسفورماتورها به شدت در حال افزایش است. آمازون (Amazon)، متا (Meta)، مایکروسافت (Microsoft) و آلفابت (Alphabet) در مسیر خود برای صرف ۷۲۵ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۶ برای زیرساخت‌های مرتبط با هوش مصنوعی هستند و به خریداران غالب قطعات برق تبدیل شده‌اند.

تقاضای برق ایالات متحده پس از بیش از دو دهه رشد کند، به شدت در حال افزایش است. شرکت مشاوره Grid Strategies می‌گوید انتظار می‌رود مراکز داده هوش مصنوعی بیش از نیمی از این افزایش را تا سال ۲۰۳۰ به خود اختصاص دهند.

کیلیان مک‌کنا (Killian McKenna)، مدیر تحقیقات مهندسی در آزمایشگاه ملی راکی (NLR) ایالات متحده، می‌گوید: «یک مرکز داده را به عنوان تامین‌کننده انرژی یک شهر کوچک یا یک شهرک کوچک در نظر بگیرید — آنها معماری ترانسفورماتور مشابهی دارند.»

مک‌کنا می‌گوید: «با الزامات سطح بسیار بالای قابلیت اطمینان که اغلب با «پنج ۹» اندازه‌گیری می‌شود — ۹۹.۹۹۹ درصد زمان عملیاتی — اپراتورهای مراکز داده چندین سفارش برای دستگاه‌ها برای ساخت لایه‌های پشتیبان و تحمل خطا ثبت می‌کنند.»

هولت از زیمنس انرژی می‌گوید: «از آنجا که توسعه‌دهندگان مراکز داده پروژه‌ها را در مهلت‌های کوتاه به اتمام می‌رسانند، آنها به سرعت به مقادیر زیادی تجهیزات نیاز دارند. برای آنها سرعت، سرعت، سرعت مهم است . . . آنها برمی‌گردند و می‌گویند: «هر ظرفیت اضافی که برای سال‌های ۲۰۲۶، ۲۰۲۷، ۲۰۲۸ دارید، من حاضرم همه آن را بردارم.»

بریجت بارتول (Bridget Bartol)، مدیر اجرایی انجمن ملی تولیدکنندگان برق ایالات متحده و رئیس سابق ستاد وزارت انرژی ایالات متحده، می‌گوید: «این نیاز به چرخش سریع برای شرکت‌های تاسیساتی که به کار در بازه‌های زمانی متفاوت عادت دارند، یک چالش بوده است. در حالی که پردیس‌های هوش مصنوعی در یک تا سه سال به بهره‌برداری می‌رسند، شرکت‌های تاسیساتی در چرخه‌های دو تا سه ساله کار می‌کنند. تقاضای مراکز داده از نظر سرعت حرکت آنها منحصر به فرد بوده است.»

تاخیر در اتصال به شبکه به طور فزاینده‌ای شرکت‌های هوش مصنوعی را به سمت «جزیره‌ای کردن» (islanding) سوق می‌دهد — تامین انرژی تاسیسات بزرگ با تولید و ذخیره‌سازی اختصاصی در محل. اگرچه این می‌تواند محدودیت‌های شبکه را دور بزند، اما وابستگی صنعت به ترانسفورماتورها را به طور کامل حل نمی‌کند.

لیزی بوناهوم (Lizzie Bonahoom)، تحلیلگر ارشد در Aurora Energy Research، می‌گوید: «مراکز داده همچنان به ترانسفورماتورها برای افزایش و کاهش ولتاژ نیاز دارند. بنابراین این واقعاً مشکل کمبودها را حل نمی‌کند.»

با توجه به اینکه تقاضاهای هوش مصنوعی و برقی‌سازی اکنون دهه‌ها سرمایه‌گذاری ناکافی در شبکه‌ها را آشکار کرده است، فشار برای یافتن راه‌حل‌های نوآورانه‌تر در حال افزایش است.

فلمینگ از هیتاچی می‌گوید: «سیستم‌های برق مانند آنچه در ایالات متحده و بریتانیا وجود دارد، تنها «سرمایه‌گذاری تدریجی» و همیشه «در زمان نیاز» را تجربه کرده‌اند، نه اینکه به صورت استراتژیک برنامه‌ریزی شده باشند — وضعیتی که باید تغییر کند.»

NLR تخمین می‌زند که حدود ۱۷.۵ میلیون ترانسفورماتور توزیع در ایالات متحده — حدود یک چهارم از ترانسفورماتورهای نصب شده — فراتر از عمر طراحی خود کار می‌کنند.

تعدادی از شرکت‌ها و سازمان‌ها در حال یافتن راه‌هایی برای استانداردسازی طراحی ترانسفورماتورها برای سرعت بخشیدن به تولید هستند. اما مک‌کنا می‌گوید: «محدودیتی برای میزان تبدیل آنها به plug and play وجود دارد. ما احتمالاً همچنان تنوع زیادی در ترانسفورماتورها خواهیم داشت. بنابراین ممکن است ۶۰,۰۰۰ به جای ۸۰,۰۰۰ باشد.»

باگلینو، مهندس سابق تسلا، معتقد است که با توجه به «اجتناب‌ناپذیری جایگزینی فولاد و نفت با سیلیکون و نرم‌افزار»، یک بازنگری گسترده‌تر در صنعت مورد نیاز است.

استارتاپ او، هرون پاور (Heron Power)، در حال توسعه ترانسفورماتورهای حالت جامد ماژولار (modular solid-state transformers) با استفاده از الکترونیک قدرت مدرن است که می‌توانند به صورت پویا به نیازهای متغیر برق پاسخ دهند. این دستگاه‌ها می‌توانند معماری قدرت در پردیس‌های مراکز داده را با جایگزینی یک ترانسفورماتور و چهار قطعه کلیدی دیگر، ساده کنند.

باگلینو می‌گوید: «این دستگاه‌ها همچنین نظارت و کنترل بلادرنگ را امکان‌پذیر می‌کنند — کاری که ترانسفورماتورهای قدیمی نمی‌توانند انجام دهند زیرا «همه‌اش فولاد و مس بوده است.»

این استارتاپ تاکنون بیش از ۴۰ گیگاوات سفارش، از جمله از توسعه‌دهنده مراکز داده کروسو (Crusoe)، دریافت کرده است. این شرکت ۱۴۰ میلیون دلار برای ساخت یک کارخانه در ایالات متحده جمع‌آوری کرده است که از سال آینده سالانه تا ۴۰ گیگاوات دستگاه ولتاژ متوسط تولید خواهد کرد.

هولت می‌گوید: «تولیدکنندگان بزرگتر در حال توجه هستند، و بسیاری به این فکر می‌کنند که چگونه پیشرفت‌های داخل مراکز داده را در خارج از آنها تکرار کنند. این می‌تواند به طور بالقوه فناوری جدید را بسیار سریع‌تر از آنچه در گذشته دیده‌ایم، به حرکت درآورد. فکر می‌کنم این یک حرکت خوب است.»

برای فلمینگ از هیتاچی، رونق مراکز داده میزان وابستگی رشد اقتصادی به دسترسی به برق را آشکار کرده است. او می‌گوید: «محرک مطلق اقتصاد، دسترسی به انرژی مقرون به صرفه، ایمن و انعطاف‌پذیر خواهد بود.»