在我們傳統(tǒng)觀念中，一提到“用電大戶”“用能大戶”，往往會想到鋼鐵廠、煉油廠等。確實，一個年產(chǎn)千萬噸級的鋼鐵廠，其功耗可達數(shù)百乃至上千兆瓦。但隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新概念、新市場的出現(xiàn)，新的用電大戶出現(xiàn)在我們面前——數(shù)據(jù)存儲與計算設施。

超算中心、數(shù)據(jù)設施

將成為新的用電大戶

人工智能大模型的訓練過程需要巨大的算力支持，這直接導致了大量的電力需求。例如，訓練 OpenAI的GPT-3 模型耗電量約為 1.287 吉瓦時(1 吉瓦= 1,000 兆瓦)，相當于 120 個美國家庭一年的用電量。

根據(jù)國際能源署預測，2026 年全球數(shù)據(jù)中心、人工智能和加密貨幣行業(yè)的電力消耗可能會翻倍。各類數(shù)據(jù)中心的總用電量可能在 2026 年達到 1000 太瓦時(1 太瓦=1,000,000 兆瓦)以上，這大致相當于日本的用電量。

在我國，數(shù)據(jù)中心的運行能耗也是十分驚人的。目前，我國主流的機柜功率以 4-6kW 為主，6kW 及以上的機柜占比為 32%。我國目前擁有超過 3000 個機架，總功率 15 兆瓦的大型數(shù)據(jù)中心超過 300 個。華為、阿里等通信和互聯(lián)網(wǎng)巨頭的超大型數(shù)據(jù)中心機架數(shù)甚至超過 1 萬個，運行能耗驚人。據(jù)《數(shù)據(jù)中心全生命周期綠色算力指數(shù)白皮書》預計，到 2030 年，我國數(shù)據(jù)中心能耗總量將超過 4000 億千瓦時。

美國能源部在其國家實驗室建成了世界最快的超算設施 Frontier，以滿足其科學發(fā)現(xiàn)、能源開發(fā)過程中的計算需求。隨著 Frontier 功能的完善，其功耗水平也在急劇提升。在穩(wěn)定運行狀態(tài)，F(xiàn)rontier 功耗超過 8 兆瓦，在進行峰值運算時功耗將達到 27 兆瓦，足以為大約 1 萬個家庭供電。未來，美國能源部還將開發(fā)十萬億億次(1021)級超算集群，預計功耗可能超過 100 兆瓦。

位于美國能源部橡樹嶺國家實驗室的 Frontier 超算

在我國，超算設施同樣成為耗電大戶。根據(jù)公開報道，天河二號的能耗約為18 兆瓦，太湖之光的功率超過 15 兆瓦。數(shù)據(jù)中心的巨大能耗已不容忽略，提升能效、降低能耗已成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的重點關注之一。

核能，人工智能供電新方案

為降低數(shù)據(jù)中心和超算設施的能耗、提高能效，很多新技術被應用在這些設施的建設過程中。例如，位于芬蘭的 LUMI 超算設施隸屬于歐洲高性能計算聯(lián)合企業(yè)，應用于氣候建模、尋找新藥等諸多領域。它有成千上萬個獨立的處理器，每秒能夠執(zhí)行高達 429 千萬億次的計算操作。它由水力發(fā)電提供動力，其廢熱被用來幫助當?shù)鼐用袢∨瑢崿F(xiàn)了幾乎零碳排放。

我國積極推動數(shù)字經(jīng)濟綠色化轉型，實施新基建綠電直供、老舊設施綠色化改造等。以國家綠色數(shù)據(jù)中心萬國數(shù)據(jù)浦江數(shù)據(jù)中心為例，該數(shù)據(jù)中心的分布式光伏系統(tǒng)年發(fā)電量可達 23.8 萬千瓦時，結合綠電直采及綠證交易等方式，自 2022 年起保持 100% 的可再生能源利用率。

萬國數(shù)據(jù)浦江數(shù)據(jù)中心(官網(wǎng)圖)

除了水電、風電和光電這類綠色能源外，還有一種能源成為了供能的新方案——核能。

今年 9 月，美國一家人工智能公司宣布正在努力重啟三里島(Three Mile Island)的 1 號機組，以為其人工智能數(shù)據(jù)中心供電。同期，美國另一家人工智能公司宣布正在設計一個數(shù)據(jù)中心，將使用三座小型核反應堆為其提供一千兆瓦的電力。這家公司目前在全球范圍內(nèi)已運營及在建的云數(shù)據(jù)中心達 162 個，其中規(guī)模最大的數(shù)據(jù)中心功率高達 800 兆瓦，內(nèi)含數(shù)英畝的英偉達 GPU 集群，能夠訓練全球最大規(guī)模的 AI 模型。

10 月 14 日，還有一家美國人工智能公司與某核能初創(chuàng)企業(yè)達成協(xié)議，將從其 7 座小型模塊化反應堆(SMRs)中購買 500 兆瓦的全天候無碳電力。

小型核反應堆是指什么?確切地說，應該稱其為小型先進模塊化多用途反應堆。從它的名字上我們就可以看出它的特點：

小型——體積僅為常規(guī)核動力堆的數(shù)十分之一。

模塊化——系統(tǒng)和組件可在工廠組裝，然后以機組形式運輸?shù)桨惭b地點。

反應堆——利用核裂變產(chǎn)生熱量，從而生產(chǎn)能源。

小堆具在開發(fā)建設上有低成本、短周期的優(yōu)勢，相比于常規(guī)的大型反應堆更加安全可靠，同時一些模塊化反應堆還具有較強的空間適應性，具有多用途、綜合性的優(yōu)勢，可以進行工業(yè)供熱供汽，為城市供暖，還可用于海水淡化和海洋開發(fā)。從功率規(guī)模來看，小堆的功率通常低于300兆瓦，當前開發(fā)的很多種堆型的功率都在數(shù)十兆瓦左右，這與一個大型數(shù)據(jù)中心或超算集群的功耗相當。

按照功率大小劃分反應堆類型(A. Vargas/原子能機構)

不過，目前美國尚未有小型模塊化核反應堆投入使用，只有一款電功率為 45 兆瓦的小堆——NuScale，于 2021 年獲得美國核能管理委員會標準設計批準。

一家核能初創(chuàng)公司提出的利用液態(tài)金屬反應堆技術制造核電站的方案，被認為可能是“解決人工智能帶來的極端能源需求的潛在解決方案”，有望在 2027 年前推出其首座反應堆，功率范圍從 15 兆瓦到 50 兆瓦不等。

隨著人工智能技術的不斷進步，其對能源的需求也在不斷增長。谷歌與凱洛斯能源的合作只是人工智能能源探索眾多例子中的一個。人工智能的未來會是核能嗎?小型模塊化反應堆的開發(fā)和應用，確實為數(shù)據(jù)中心和超算設施提供了一種高效、清潔的能源解決方案，也為核能的未來發(fā)展開辟了新的可能性。然而，核能的利用也伴隨著安全和監(jiān)管的挑戰(zhàn)，需要我們在推動技術進步的同時，確保核能的安全和可持續(xù)發(fā)展。

免責聲明：本網(wǎng)轉載自合作媒體、機構或其他網(wǎng)站的信息，登載此文出于傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性。本網(wǎng)所有信息僅供參考，不做交易和服務的根據(jù)。本網(wǎng)內(nèi)容如有侵權或其它問題請及時告之，本網(wǎng)將及時修改或刪除。凡以任何方式登錄本網(wǎng)站或直接、間接使用本網(wǎng)站資料者，視為自愿接受本網(wǎng)站聲明的約束。