人工智能的未来是核能？
在我们传统观念中，一提到“用电大户”“用能大户”，往往会想到钢铁厂、炼油厂等。确实，一个年产千万吨级的钢铁厂，其功耗可达数百乃至上千兆瓦。但随着人工智能、大数据等新概念、新市场的出现，新的用电大户出现在我们面前——数据存储与计算设施。
今年10月14日，谷歌（Google）宣布已与核能初创企业凯洛斯能源公司（Kairos Power）达成协议，将从凯洛斯的7座小型模块化反应堆（SMRs）中购买500兆瓦的全天候无碳电力。据报道，两家公司正考虑从第一座SMR开始在2030年进行首次交付，并在2035年前完成全面部署。
超算中心、数据设施将成为新的用电大户
人工智能大模型的训练过程需要巨大的算力支持，这直接导致了大量的电力需求。例如，训练OpenAI的GPT-3模型耗电量约为1.287吉瓦时（1吉瓦= 1,000 兆瓦），相当于120个美国家庭一年的用电量。
根据国际能源署预测，2026年全球数据中心、人工智能和加密货币行业的电力消耗可能会翻倍。各类数据中心的总用电量可能在2026年达到1000太瓦时（1太瓦=1,000,000 兆瓦）以上，这大致相当于日本的用电量。
在我国，数据中心的运行能耗也是十分惊人的。目前，我国主流的机柜功率以4-6kW为主，6kW及以上的机柜占比为32%。我国目前拥有超过3000个机架，总功率15兆瓦的大型数据中心超过300个。华为、阿里等通信和互联网巨头的超大型数据中心机架数甚至超过1万个，运行能耗惊人。据《数据中心全生命周期绿色算力指数白皮书》预计，到2030年，我国数据中心能耗总量将超过4000亿千瓦时。
美国能源部在其国家实验室建成了世界最快的超算设施Frontier，以满足其科学发现、能源开发过程中的计算需求。随着Frontier功能的完善，其功耗水平也在急剧提升。在稳定运行状态，Frontier功耗超过8兆瓦，在进行峰值运算时功耗将达到27兆瓦，足以为大约1万个家庭供电。未来，美国能源部还将开发十万亿亿次（10^21）级超算集群，预计功耗可能超过100兆瓦。
位于美国能源部橡树岭国家实验室的Frontier超算（官网图）
在我国，超算设施同样成为耗电大户。根据公开报道，天河二号的能耗约为18兆瓦，太湖之光的功率超过15兆瓦。数据中心的巨大能耗已不容忽略，提升能效、降低能耗已成为数据中心发展的重点关注之一。
核能，人工智能供电新方案
为降低数据中心和超算设施的能耗、提高能效，很多新技术被应用在这些设施的建设过程中。例如，位于芬兰的LUMI超算设施隶属于欧洲高性能计算联合企业，应用于气候建模、寻找新药等诸多领域。它有成千上万个独立的处理器，每秒能够执行高达429千万亿次的计算操作。它由水力发电提供动力，其废热被用来帮助当地居民取暖，实现了几乎零碳排放。
我国积极推动数字经济绿色化转型，实施新基建绿电直供、老旧设施绿色化改造等。以国家绿色数据中心万国数据浦江数据中心为例，该数据中心的分布式光伏系统年发电量可达23.8万千瓦时，结合绿电直采及绿证交易等方式，自2022年起保持100%的可再生能源利用率。
万国数据浦江数据中心（官网图）
除了水电、风电和光电这类绿色能源外，还有一种能源成为了供能的新方案——核能。
今年9月，微软宣布正在努力重启三里岛（Three Mile Island）的1号机组，以为其人工智能数据中心供电。同期，甲骨文公司宣布正在设计一个数据中心，将使用三座小型核反应堆为其提供一千兆瓦的电力。甲骨文目前在全球范围内已运营及在建的云数据中心达 162 个，其中规模最大的数据中心功率高达 800 兆瓦，内含数英亩的英伟达 GPU 集群，能够训练全球最大规模的 AI 模型。
10月14日，谷歌与核能初创企业凯洛斯能源公司（Kairos Power）达成协议，将从凯洛斯的7座小型模块化反应堆（SMRs）中购买500兆瓦的全天候无碳电力。
小型核反应堆是指什么？确切地说，应该称其为小型先进模块化多用途反应堆。从它的名字上我们就可以看出它的特点：
小型——体积仅为常规核动力堆的数十分之一。
模块化——系统和组件可在工厂组装，然后以机组形式运输到安装地点。
反应堆——利用核裂变产生热量，从而生产能源。
小堆具在开发建设上有低成本、短周期的优势，相比于常规的大型反应堆更加安全可靠，同时一些模块化反应堆还具有较强的空间适应性，具有多用途、综合性的优势，可以进行工业供热供汽，为城市供暖，还可用于海水淡化和海洋开发。从功率规模来看，小堆的功率通常低于300兆瓦，当前开发的很多种堆型的功率都在数十兆瓦左右，这与一个大型数据中心或超算集群的功耗相当。
按照功率大小划分反应堆类型（A. Vargas/原子能机构）
不过，目前美国尚未有小型模块化核反应堆投入使用，只有NuScale Power公司设计了一款电功率位45兆瓦的小堆——NuScale，于2021年获得美国核能管理委员会标准设计批准。
由OpenAI首席执行官Sam Altman担任董事长的核能初创公司Oklo公司利用液态金属反应堆技术制造的核电站，被认为可能是“解决人工智能带来的极端能源需求的潜在解决方案”，有望在2027年前推出其首座反应堆，功率范围从15兆瓦到50兆瓦不等。Oklo的“Aurora 发电站”反应堆15兆瓦版本的成本约为7000万美元，其电力成本约为80-130美元/兆瓦时，与燃气发电厂和海上风电相似。
随着人工智能技术的不断进步，其对能源的需求也在不断增长。谷歌与凯洛斯能源的合作只是人工智能能源探索众多例子中的一个。人工智能的未来会是核能吗？小型模块化反应堆的开发和应用，确实为数据中心和超算设施提供了一种高效、清洁的能源解决方案，也为核能的未来发展开辟了新的可能性。然而，核能的利用也伴随着安全和监管的挑战，需要我们在推动技术进步的同时，确保核能的安全和可持续发展。
资料来源：科普中国
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