毫无疑问，人工智能（AI）的浪潮正在以前所未有的速度席卷全球，成为推动科技进步和经济增长的新引擎。然而，在这场技术革命的背后，一个被忽视的挑战正悄然逼近——紧张的电力供应。
“明年将没有足够的电力来运行所有的芯片。”埃隆·马斯克的预言不仅是对未来的警示，更是对当前电力需求激增的深刻洞察。《纽约客》杂志报道指出，OpenAI的ChatGPT每天消耗的电力相当于1.7万个美国家庭的用电量。这一数字令人震惊，更揭示了AI对电力的巨大需求。
而在其最新研报中，美银美林描绘了一幅更加紧迫的图景：美国的AI电力使用量预计将在2023年至2028年间以25%~33%的年复合增长率增长。芯片设计公司Arm首席执行官更是直言，到2030年AI可能会用掉美国四分之一的电力。
面对这一挑战，美国的电力系统正遭受前所未有的压力。公共电网系统的改造迫在眉睫，却因种种障碍而进展缓慢。企业为了争夺有限的电网接入权限，已经将竞争延伸到了科技产业并不发达的地区，如俄亥俄、爱荷华等地。
在这样的背景下，探索新的电力供应方案变得至关重要。核聚变、燃料电池和地热能等清洁能源技术，正在被企业视为未来电力供应的潜在保障。
美国电力系统承压：ChatGPT一天“吃”掉
1.7万个家庭的用电量
“我认为，明年将没有足够的电力来运行所有的芯片。”在今年3月的一场活动中，马斯克如此预言AI热潮背后的电力短缺风险。
AI大模型的训练和推理需要巨大的电力供应。据《纽约客》杂志报道，OpenAI的ChatGPT每天要响应大约2亿个请求，消耗的电力超过50万度，相当于1.7万个美国家庭的用电量。“算力的尽头是电力”，这虽然是句玩笑话，但却有其深刻之处。
作为AI产业发展的领头羊，美国已经感受到了AI需求对电网的挤压。技术创业者、前谷歌工程师凯尔·科比特（Kyle Corbitt）近日在社交媒体上透露，训练GPT-6的微软工程师们正忙着把分布在不同地区的GPU连接起来，这是一件很困难的事情，但他们别无选择，因为如果把10万块英伟达H100芯片集中放在一个区域，会导致电网崩溃。
当前，美国各大科技巨头都在积极部署AI，在全国各地部署数据中心等基础设施，电网的接入权限成为了重要的竞争资源。据《华盛顿邮报》报道，传统上与计算产业毫无关联的地区，如俄亥俄州的哥伦布市、爱荷华州的阿尔图纳市和印第安纳州的韦恩堡市都成为了数据中心开发商争夺土地和电网接入权限的地方。
“现在所有人都在追逐电力，他们愿意去任何地方。”房地产服务公司仲量联行数据中心市场董事总经理Andy Cvengros对《华盛顿邮报》表示。据Cvengros，电力公司普遍表示，面对突然涌入的电力需求，他们需要评估自己的系统承载能力后才知道能否应对。
最近，数据中心开发商Michael Halaburda和Arman Khalili正忙着将波特兰地区一家废弃的瓷砖工厂改造成数据中心。就在几个月前，他们还认为电力不是问题，然而最近电力公司却提醒他们，需要进行“线路和负载研究”，以评估是否能为这个数据中心项目提供60兆瓦的电力，这大约是4.5万户美国家庭的用电量。
据国际能源署的数据，2022年美国共有约2700个数据中心，电力消耗占全国总量的4%左右，到2026年，这一比例将达到6%。
随着AI对芯片的需求越来越大，以及更高性能的芯片群所需要的冷却需求，AI产业的电力需求将会只增不减。芯片设计公司Arm的首席执行官Rene Haas近日忧心忡忡地表示，如果不提高芯片的效率，到2030年AI数据中心的耗电量可能高达美国电力需求的20%到25%。
美银美林在研报中指出，AI数据中心扩张还只是美国电力需求增长的因素之一，其他推动因素还包括工业增长、电动汽车的普及以及建筑电气化。
美银美林预测，2023年至2030年，美国电力需求将以2.8%的年复合增长率（CAGR）增长，其中，AI的电力使用量将在2023年至2028年间以25%到33%的年复合增长率增长，这无疑将给数据中心的设计和运营带来挑战。
公共电网升级难
企业各显神通“抢电”
在巨大的电力需求前景下，美国的电力基础设施亟需扩容和升级，以应对AI训练等事件带来的电力集中需求。美国的电网基础设施多建成于上世纪60至70年代，且多数输电线路和变压器运行超过25年，容易因极端天气影响而断电，2021年寒潮导致的得克萨斯州大停电便是证明。
在此背景下，美国联邦能源监管委员会（FERC）将于5月13日召开特别会议，讨论电力输送问题。据悉，会议将制定计划，加速远距离输电线项目的开发和清洁能源项目接入电网的事宜。
实际上，缓解电力瓶颈是拜登政府的优先事项之一，但是建设全国电网涉及跨州问题，联邦政府权力有限，此外这还涉及到大量的土地购买、环境评估和各州之间有关成本的讨价还价，终究是一个漫长和繁杂的过程。数据显示，在2013年，美国每年还能建造4000英里的输电线，而如今这一数字连1000英里都达不到。
在公共电网短期内无法显著改善这一现实面前，企业界开始自己寻找解决办法，保障自家电力供应。
购买核能就是主要方向之一。2024年3月，亚马逊网络服务公司（AWS）签署了一项协议，将在宾夕法尼亚州的一个核电站旁购买一个数据中心，并有可能从该厂获得高达960兆瓦的专用电力。
此外，建立小型核反应堆来专门供电也是一条思路。
微软2023年开出招聘启事，希望寻找一名核技术专家，负责评估和整合小型模块化核反应堆和微反应堆，“为支持微软云和人工智能的数据中心提供动力”。而且，微软还在核聚变领域布局，2023年5月便与核聚变初创公司Helion签署了一项电力购买协议，计划于2028年从Helion购买电力。值得一提的是，OpenAI CEO山姆·阿尔特曼正是这家初创公司的早期重要投资者。
不过，目前，美国还没有一个小型模块化核反应堆，部分原因是联邦机构核管理委员会漫长的独立监管程序。而利用核聚变发电也仍是一个尚未实现的科学目标。
前述数据中心开发商Michael Halaburda和Arman Khalili则转向了燃料电池和地热等较为成熟的技术。他们在波特兰的数据中心项目将主要由天然气为燃料的燃料电池供电，电网的电力只起到补充作用。在得克萨斯州南部的另外一个新项目中，他们甚至选择不接入电网，而是直接挖掘数百米，以地热发电为数据中心供电。
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