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人工智能耗電兇猛,科技巨頭尋求核聚變發電

第一財經發布時間:2024-04-15 12:03:56

  人工智能(AI)是電老虎,每天在吞噬巨大的電能。據報道,OpenAI的ChatGPT每天消耗超過50萬千瓦時的電力,以響應2億個用戶的請求,而美國一個家庭平均每天的用電量約為29千瓦時。

  AI耗電迅猛,科技巨頭因此發出缺電警告。特斯拉CEO馬斯克強調說,人工智能的快速發展和自動駕駛汽車的開發進展可能導致電力短缺。對芯片的需求“比以往任何一次的淘金熱都要大”,從長遠來看,按照目前AI每6個月翻一番計算增長速度是不可持續的。美國有可能到2025年面臨沒有足夠的電力為所有計算機芯片供電。

  AI電力消耗巨大

  根據全球數據中心標準組織之一的“國際正常運行時間協會”預測,到2025年,AI業務在全球數據中心用電量中的占比,將從2%猛增到10%。而荷蘭國家銀行數據科學家亞歷克斯·德弗里斯在一篇論文中估計,到2027年,AI的用電量可能占全球總用電量的0.5%。據他推算,如果谷歌將生成式AI技術整合到每次搜索中,每年將消耗約290億千瓦時的電量。這比肯尼亞、危地馬拉和克羅地亞等國一年的用電量還要多。

  目前還不清楚全球數據中心的指數級增長究竟需要多少電力。但大多數人都認為,推動AI發展所需的數據中心將需要大量電力,這可能會給電網帶來壓力,并阻礙向清潔能源的過渡。亞馬遜網絡服務工程副總裁比爾·瓦斯說,全球每3天就會增加一個新的數據中心。微軟聯合創始人比爾·蓋茨表示,電力是決定數據中心能否盈利的關鍵因素,而AI消耗的電力是驚人的。在標普全球舉辦的名為劍橋能源周(CERAWeek)的會議上,人們對AI需要大量電力沒有任何爭議。

  機器學習消耗了大量能量。所有這些為電子郵件摘要、聊天機器人和霍默·辛普森演唱會視頻提供動力的AI模型都在以兆瓦/小時為單位的巨額服務器提供電力。但似乎沒有人,甚至是這些技術公司能夠確切地說出到底消耗了多少電力。目前只能按照估計來計算,這些數字是部分的和偶然的,只能提供AI總能源消耗量的一部分。這是因為機器學習模型具有難以置信的可變性,能夠以顯著方式改變其功耗。Meta、微軟和OpenAI等公司不愿意分享相關信息。

  人工智能研究專家薩沙·盧西奧尼表示,做出最新估計的挑戰在于,隨著人工智能的盈利,公司變得更加隱秘?;氐綆啄昵?,像OpenAI這樣的公司會公布它們的培訓制度的細節,比如,什么樣的硬件以及培訓持續多久。但最新的模型,如ChatGPT和GPT-4,根本不存在相同的信息。盧西奧尼撰寫了幾篇研究人工智能能源使用的論文,稱這種保密性部分是由于公司之間的競爭,但也是為了轉移批評。

  美國電力供應趨于緊張

  美國在二次世界大戰后的經濟發展與電力消耗密切聯系。1950年美國消耗了3000億千瓦時的電力。1970年和1990年分別達到1.39萬億和2.83萬億千瓦時。進入21世紀,美國的電力需求平均年增長率僅為1%。這一事實定義了此后的政策制定、監管和投資模式。在這種環境下,長期戰略投資很難證明是合理的。相反,該行業的組織方式是以最大的成本效益運行,最大限度地減少過剩的電網和發電能力,并以較低的費率將收益轉移給消費者。

  這種電力運行模式遇到了AI迅猛發展,美國將面臨電力短缺的困境。三種趨同的經濟趨勢正在推動從幾十年的電力需求近乎零增長突然轉變為新的更快增長軌跡。首先,AI的繁榮釋放了對數據中心的巨大新投資。其次,聯邦工業政策的新時代正在吸引許多工業和制造業部門的新投資。最后,大規模電氣化的加速效應,最顯著的是在交通領域,也在住宅和商業供暖以及工業供暖應用領域。

  今年初,美國能源分析機構預測,今年的電力零售總額將創下歷史新高。北美電力可靠性公司大幅提高了對未來十年峰值電力需求的預測,未來10年的預計需求增長幾乎是5年前的2倍。

  美國電力研究所稱,拜登任期的一半時間內,美國新建或擴建了150多家工廠。這是自上世紀90年代初以來,美國工廠建設從未有過的現象。英特爾、臺積電、三星和美光這四家最大的制造商正在美國建造新半導體工廠,一旦投入運營,其用電量可能是西雅圖市的2倍多。僅這些超級工廠中的每一家就要使用一個中等城鎮的電力。

  尋求核聚變發電

  多年來,科技公司和硅谷億萬富翁們一直在向核聚變投資,將核聚變視為可持續能源,并能實現綠色轉型。Oklo是由OpenAI首席執行官奧特曼支持的核初創公司之一,他將人工智能和廉價的綠色能源描述為實現未來“富足”相輔相成的要素。2021年奧特曼向核聚變初創公司Helion Energy投資3.75億美元時表示:“從根本上講,在當今世界,你隨處可見的兩種限制性商品是智能和能源。”

  去年5月微軟與Helion Energy簽訂購電協議,Helion計劃在2028年前讓首座核融合電廠開始運轉,目標發電量達50兆瓦(MW)。目前Helion Energy已獲得超過5.7億美元的資金。目前預計Helion Energy第七代機器“北極星”(Polaris)有可能在今年上線發電,將用高功率電磁脈沖、氦-3燃料來實現聚變。

  在美國,資金正在流入開發核聚變技術的初創企業。美國核聚變工業協會預測,截至2022年,從事核聚變技術開發業務的超過30家企業的融資總額至少達到48億美元。2021年10月至2022年7月各公司的融資總額達到28億美元。核聚變能源一直被視為有望在2050年前后實現商用化的“理想技術”,希望通過技術革新早日實現商用化的投資急劇增加。麻省理工學院創辦的Commonwealth Fusion Systems于2021年成功獲得行業史上最大規模的18億美元融資。該公司的目標是在2030年代建成核聚變發電機組。

  美國是世界上最大的核能生產國,約占全球核能發電量的30%。2022年,美國核反應堆的發電量為772太瓦時(TWh),占總發電量的18%。美國39%的電力來自天然氣發電?!锻浵鳒p法案》于2022年8月簽署成為法律。該法案通過對現有大型核電站和更新的先進反應堆的投資和稅收優惠,以及高含量低濃縮鈾(HALEU)和氫氣生產,為現有和新的核開發提供支持。

  暫緩化石燃料退出

  馬斯克強調需要清潔能源發電來解決這一問題,并提議從化石燃料過渡到可再生能源。根據馬斯克的計算,新方案將涉及30兆瓦的風能和太陽能園區以及240太瓦時的存儲容量。但遠水不解近渴??稍偕茉慈匀恢徽济绹娏Y構的20%左右。在這個背景下,不斷飆升的電力消耗已經推遲了堪薩斯州、內布拉斯加州、威斯康星州和南卡羅來納州的煤電廠關閉。根據美國能源信息署(EIA)的估計,2024年燃煤發電廠機組的退役數預計在6至8人之間,這低于2023年關閉的22個機組。

  去年3月美國總統拜登批準了大規模的“柳樹”(Willow)計劃,將在石油資源豐富的阿拉斯加州北坡進行開采。拜登批準原油生產商康菲公司(ConocoPhillips)的“柳樹”項目,將允許該公司在三處地點開采,最多可達199口油井。不過拜登拒絕批準在其他兩處地點開采,而康菲公司則同意放棄目前在阿拉斯加州擁有的大約2700公頃的土地租約。“柳樹”項目有可能生產每天最多達18萬桶石油。

  投資者押注電力股

  美國那些逐浪AI熱潮的投資者已將目光轉向了擁有并運營發電廠的企業。今年迄今為止,擁有最具競爭力核能發電能力的美國最大核電站所有者Constellation Energy的股價今年已累計上升60%,同期的NRG Energy漲了32%。在此之際,Wolfe Research股票分析師Steve Fleishman指出,美國電力市場已連續7年處于緊張狀態。與此同時,由于電網運營商面臨長期積壓,新發電能力從規劃階段到商業運營所需的時間只會越來越長。

  Talen Energy與亞馬遜公司今年3月宣布了一項核電購買協議,這明確顯示出隨時可用的清潔電力可收取高價。據Reaves Asset Management分析師Rodney Rebello估計,基于已公布的條款,與其核電廠在當今電力市場上所能獲得的價格相比,Talen Energy似乎至少得到了50%的溢價?,F場燃料電池供電的供應商Bloom Energy是另一個潛在受益者。幫助建設輸電線路的Quanta Services年初至今已上漲了18%。

  AI和電力已成為未來大國競爭的制高點,生成式AI的應用前景不可想象,支撐AI發展的電力成為名副其實的支柱產業。電力系統正變得更加復雜。過去電網將能源從中央發電站輸送出去,現在電力系統越來越需要支持分布式發電機、電網和用戶之間的多向電力流動。生成式AI不僅在促進,而且在幫助電力產業發生變化。美國正在發生的AI和電力的故事可以給中國經濟的發展提供一個參考。

  來源:第一財經 作者系上海師范大學天華學院商學院經濟學教授

  


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