這次參加阿里云棲大會(huì)，我發(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的事情。在逛展區(qū)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)阿里云的一個(gè)數(shù)據(jù)中心模型上，居然出現(xiàn)了“核能”字樣。根據(jù)與工作人員的現(xiàn)場(chǎng)交流，得知阿里云的智算中心現(xiàn)在還沒有核能，但的確已經(jīng)在規(guī)劃了。

阿里云智算中心規(guī)劃模型 圖片來源：數(shù)據(jù)猿

也就是說，在不久之后，阿里云的某個(gè)智算中心附近，也許會(huì)出現(xiàn)核反應(yīng)堆。這真的有點(diǎn)科幻了。

但是，在智算中心旁邊建核反應(yīng)堆這件事情，國(guó)外比國(guó)內(nèi)還要激進(jìn)很多。

例如，甲骨文的創(chuàng)始人拉里·埃里森透露，他們最新的智算中心，旁邊計(jì)劃建造三座小型模塊化核反應(yīng)堆，專門為其AI數(shù)據(jù)中心提供電力。

亞馬遜與塔倫能源（Talen Energy）達(dá)成協(xié)議，將花費(fèi)6.5億美元讓核設(shè)施進(jìn)駐其數(shù)據(jù)中心園區(qū)，獲得960MW全天候供電的核能。

微軟將從初創(chuàng)公司Helion Energy購(gòu)買電力，并與Constellation Energy簽署協(xié)議，為其數(shù)據(jù)中心增加核電供應(yīng)。

那么，為何核能突然間成為這些公司的新寵？是因?yàn)橹撬阒行牡碾娏π枨笠呀?jīng)膨脹到不可忽視的程度，還是其他能源無法滿足他們的胃口？或者，這些巨頭們其實(shí)看到了我們尚未理解的趨勢(shì)？

這些問題的答案，不僅關(guān)乎這些科技巨頭的未來，更關(guān)乎整個(gè)AI行業(yè)的命運(yùn)。

智算中心，電力需求的“黑洞”

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心是什么？它們是互聯(lián)網(wǎng)的“心臟”，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和處理海量的數(shù)據(jù)。早期的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施主要依賴CPU，處理任務(wù)較為簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸速度也相對(duì)較低。那些年，電力需求并不是問題——用電量雖高，但還在可控范圍內(nèi)。

然而，AI時(shí)代的到來改變了一切。智算中心，這個(gè)名副其實(shí)的“電力黑洞”，以令人瞠目結(jié)舌的速度吞噬著電力資源。不同于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，智算中心是專門為處理AI任務(wù)設(shè)計(jì)的，特別是訓(xùn)練和推理復(fù)雜的大型模型。這一轉(zhuǎn)變直接導(dǎo)致了電力需求的爆炸式增長(zhǎng)。

我們來看一組數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的年平均耗電量大約在10至50兆瓦之間，已屬龐然大物。然而，一個(gè)現(xiàn)代化的智算中心，其電力消耗可以輕松達(dá)到傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的數(shù)十倍，甚至超過幾百兆瓦——相當(dāng)于一座小型城市的用電需求。這還只是一個(gè)智算中心的“基礎(chǔ)配置”。

而且，這樣的電力需求并非偶然或極端情況，而是新常態(tài)。以GPT4的訓(xùn)練為例，整個(gè)訓(xùn)練過程耗電量驚人。據(jù)估算，僅在一個(gè)大型模型的訓(xùn)練階段，就可能消耗數(shù)百萬度電。這是一個(gè)什么概念？這些電量足夠?yàn)橐粋€(gè)中等規(guī)模的居民區(qū)供電一年。

在這樣的背景下，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心與智算中心相比，就像是電動(dòng)玩具與工業(yè)機(jī)器人的差距。前者消耗電力，后者吞噬電力。

智算中心的電力需求為何如此巨大？核心原因可以歸結(jié)為兩個(gè)詞：計(jì)算密度和冷卻需求。

與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主要依賴CPU不同，智算中心依賴的是高性能GPU和TPU。GPU/TPU的設(shè)計(jì)初衷是并行處理大量數(shù)據(jù)，這使得它們?cè)贏I任務(wù)中表現(xiàn)卓越，但代價(jià)是極高的功耗。一個(gè)滿負(fù)荷運(yùn)行的GPU可能需要數(shù)百瓦的電力，而一個(gè)智算中心往往部署了成千上萬的GPU。試想一下，當(dāng)數(shù)以萬計(jì)的高性能GPU同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)電力需求如同開閘的洪水，一發(fā)不可收拾。

然而，這還不是全部。密集的計(jì)算帶來了另一個(gè)嚴(yán)重問題：熱量。高性能計(jì)算設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，而為了維持設(shè)備的穩(wěn)定性，智算中心不得不投入大量資源進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)本身就是一個(gè)巨大的耗電大戶。事實(shí)上，在一些極端情況下，冷卻系統(tǒng)的能耗甚至可以占到智算中心總耗電量的近一半。

舉個(gè)例子，谷歌在其位于芬蘭的一個(gè)數(shù)據(jù)中心，采用了海水冷卻系統(tǒng)，以減少傳統(tǒng)空調(diào)的電力消耗。盡管如此，這樣的高效系統(tǒng)仍然無法完全消解智算中心的“電力饑渴”。

這種“計(jì)算密度與冷卻雙殺”的模式，直接將智算中心推向了電力需求的深淵，成為了名副其實(shí)的“電力黑洞”。

當(dāng)我們真正理解了這一點(diǎn)，也就不難理解為什么科技巨頭們紛紛投向核能的懷抱——在面對(duì)如此巨大的電力需求時(shí)，傳統(tǒng)的能源供應(yīng)模式，早已捉襟見肘。

核能崛起，科技巨頭的電力“續(xù)命符”還是“燒錢陷阱”？

當(dāng)我們談?wù)摵四軙r(shí)，首先想到的可能是核電站的巨大反應(yīng)堆，和那揮之不去的“核”字所帶來的安全憂慮。然而，對(duì)于如日中天的AI智算中心而言，核能正逐漸成為它們不可或缺的“電力續(xù)命符”。

核能最核心的優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定且持續(xù)的供電能力。與風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源不同，核能不依賴于天氣狀況或晝夜變化。無論是烈日炎炎還是風(fēng)雪交加，核電站都能穩(wěn)定輸出大量電力。這對(duì)于電力需求極其穩(wěn)定且龐大的智算中心來說，無疑是個(gè)致命吸引力。

試想，一個(gè)智算中心若是依賴風(fēng)能或太陽(yáng)能，運(yùn)算任務(wù)的中斷風(fēng)險(xiǎn)幾乎無法承受。即使是結(jié)合了儲(chǔ)能技術(shù)，依舊無法保證全天候的持續(xù)供電。而火電雖然可以做到相對(duì)穩(wěn)定，但高污染的缺點(diǎn)與科技巨頭們倡導(dǎo)的環(huán)保理念格格不入，況且未來可能面臨的碳排放法規(guī)和成本壓力也讓它們望而卻步。

在這樣的背景下，核能的優(yōu)勢(shì)便凸顯出來。核電站不僅能提供恒定的電力，而且單站發(fā)電規(guī)模大，能輕松滿足一個(gè)大型智算中心的需求。對(duì)于那些一刻不停地訓(xùn)練AI模型的智算中心來說，核能不僅是一個(gè)選擇，更是一種不可或缺的電力保障。

然而，核能真的是科技巨頭的“電力福音”嗎？從經(jīng)濟(jì)賬本上看，答案并非那么簡(jiǎn)單。

首先，核電站的建設(shè)成本高昂得令人咋舌。以傳統(tǒng)大型核電站為例，其建設(shè)周期往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，初期投資動(dòng)輒數(shù)十億美元。而這些費(fèi)用還只是開始，后續(xù)的維護(hù)、燃料處理、以及最終的退役和廢料管理，都是一筆巨大的開銷。

但為什么科技巨頭們?nèi)匀辉敢庠诤四苌虾罃S千金呢？答案在于長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)性。雖然初期建設(shè)成本巨大，但一旦核電站建成并投入運(yùn)營(yíng)，其發(fā)電成本相對(duì)穩(wěn)定且較低。相比起火電的高燃料成本和可再生能源的不穩(wěn)定性，核能在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中展現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

此外，隨著技術(shù)的進(jìn)步和全球范圍內(nèi)核電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累，核電的經(jīng)濟(jì)性正在逐步改善。小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）的興起，進(jìn)一步降低了核電站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本，這一點(diǎn)將在后文詳細(xì)探討。

當(dāng)然，核能的經(jīng)濟(jì)性背后并非沒有隱患。核電站的高昂維護(hù)成本和潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，以及因社會(huì)因素引發(fā)的抗議和法律訴訟，都可能導(dǎo)致額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。對(duì)于這些已經(jīng)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位的科技巨頭來說，這些潛在的社會(huì)安全成本不容忽視。

因此，核能對(duì)于科技巨頭來說，既是一枚“電力續(xù)命符”，也可能是一個(gè)巨大的“燒錢陷阱”。最終，是否選擇核能，依然需要在經(jīng)濟(jì)賬本上精打細(xì)算，權(quán)衡各種風(fēng)險(xiǎn)與收益。

核電尤其是SMR，將成為能源新寵？

核能曾被譽(yù)為未來能源的救星，但在經(jīng)歷了多年的低谷期后，如今又重新回到全球能源舞臺(tái)的焦點(diǎn)。這一復(fù)蘇背后，氣候變化的壓力和能源安全的需求是主要推動(dòng)力。

發(fā)達(dá)國(guó)家，如法國(guó)和英國(guó)，開始重新評(píng)估核能的戰(zhàn)略價(jià)值，將其作為減碳的重要手段。然而，高昂的建設(shè)成本、漫長(zhǎng)的審批流程，以及公眾對(duì)安全性的憂慮，仍然是核電發(fā)展的主要障礙。

在新興市場(chǎng)，如中國(guó)和印度，核電被視為解決能源短缺和減碳雙重挑戰(zhàn)的利器。然而，這些國(guó)家在發(fā)展核電方面也比較謹(jǐn)慎。因此，全球核電的發(fā)展呈現(xiàn)出復(fù)蘇與瓶頸并存的復(fù)雜局面。

傳統(tǒng)大規(guī)模核電站的優(yōu)勢(shì)在于能夠提供巨量且穩(wěn)定的電力，但其弊端也同樣明顯：高昂的建設(shè)和維護(hù)成本、復(fù)雜的廢料處理問題，以及極高的安全要求，使得核電站建設(shè)越來越不具經(jīng)濟(jì)吸引力。于是，行業(yè)內(nèi)開始探索新的技術(shù)方向，以應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

在這種情況下，小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）和第四代核電技術(shù)正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。SMR特別受到關(guān)注，因?yàn)樗粌H有望解決傳統(tǒng)核電的諸多問題，還能在更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮作用。

SMR（小型模塊化反應(yīng)堆）被視為核電技術(shù)的重大突破，也是未來核能發(fā)展的重要方向。那么，SMR究竟有什么獨(dú)到之處？

SMR的規(guī)模小、模塊化設(shè)計(jì)，是其最大的亮點(diǎn)。與傳統(tǒng)動(dòng)輒數(shù)千兆瓦的核電站相比，SMR的功率通常在幾十到幾百兆瓦之間。這種小型化設(shè)計(jì)使得SMR可以模塊化生產(chǎn)、快速部署，顯著縮短了建設(shè)周期和降低了初期投資。這種特性尤其適合分布式能源供應(yīng)，甚至可以在工廠預(yù)制后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)組裝，極大降低了現(xiàn)場(chǎng)施工的復(fù)雜性。

而且，SMR在安全性上有了顯著提升。傳統(tǒng)核電站的安全設(shè)計(jì)依賴于多重冗余和外部電力供應(yīng)，而SMR則采用了固有安全性設(shè)計(jì)，即便在最極端的情況下，反應(yīng)堆也能夠通過自然循環(huán)冷卻避免堆芯熔毀。例如，部分SMR采用的“熔鹽冷卻技術(shù)”不僅能更高效地傳遞熱量，還能在系統(tǒng)失效時(shí)自動(dòng)冷卻，避免事故升級(jí)。

這些技術(shù)上的突破，使得SMR可以在更靠近人口密集區(qū)或工業(yè)集群的地方部署，為高電力需求的智算中心提供直接的電力支持。對(duì)于智算中心來說，SMR提供了一個(gè)幾乎完美的解決方案：它能提供持續(xù)、穩(wěn)定的大規(guī)模電力輸出，同時(shí)具備靈活部署的能力，且不需要占用過多的空間。

SMR還特別適合應(yīng)對(duì)智算中心的峰值需求。傳統(tǒng)核電站的調(diào)節(jié)能力有限，而SMR的模塊化設(shè)計(jì)使其能夠通過增減模塊來靈活調(diào)節(jié)輸出功率，滿足智算中心對(duì)電力供應(yīng)的高彈性需求。

然而，盡管SMR在技術(shù)上展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，其經(jīng)濟(jì)可行性仍然需要通過大規(guī)模部署和實(shí)際應(yīng)用來驗(yàn)證。研發(fā)成本、監(jiān)管挑戰(zhàn)以及社會(huì)接受度，都是SMR技術(shù)需要克服的障礙。

智算中心與核電站共存的前景令人期待，但也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)核電站通常建在遠(yuǎn)離人口密集區(qū)的地方，以最大限度降低事故風(fēng)險(xiǎn)。然而，隨著SMR的出現(xiàn)，這種“遠(yuǎn)離人群”的傳統(tǒng)選址原則可能被重新定義。

SMR的高安全性和靈活部署能力，使得它能夠更靠近城市或工業(yè)區(qū)，為智算中心提供就地的電力供應(yīng)。這不僅降低了電力傳輸?shù)膿p耗，也能滿足智算中心的即時(shí)需求。

不過，公眾對(duì)核能的恐懼與不信任依然存在。這意味著，即使技術(shù)上可行，如何獲得公眾的支持與信任，依然是核能與智算中心共存必須面對(duì)的重大挑戰(zhàn)。政府的監(jiān)管、透明的信息溝通，以及公眾的教育，將在其中扮演至關(guān)重要的角色。

建設(shè)一個(gè)為30萬GPU智算中心，要幾個(gè)核反應(yīng)堆？

那么，要如何建設(shè)一個(gè)核電供能的智算中心，關(guān)鍵步驟是什么，成本多少？為了搞清楚這些問題，我們來做一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬。假設(shè)要構(gòu)建一個(gè)30萬GPU的超大型智算中心，需要多少電力。

需要指出的是，目前來看，10萬GPU已經(jīng)是全球智算中心的天花板了，我們這模擬的30萬，算是一種極限挑戰(zhàn)。當(dāng)然，以目前發(fā)展態(tài)勢(shì)來看，也許很快就會(huì)出現(xiàn)30萬GPU規(guī)模的智算中心。

在規(guī)劃一個(gè)擁有30萬GPU的智算中心時(shí)，我們首先要面對(duì)的是其驚人的電力需求。每個(gè)高性能GPU的功耗大約在350瓦左右，那么30萬GPU同時(shí)運(yùn)作時(shí)，電力需求將達(dá)到令人咋舌的105兆瓦。這還只是計(jì)算設(shè)備的基本耗電量。

然而，智算中心不僅僅是計(jì)算，還包括如何處理這些計(jì)算產(chǎn)生的巨大熱量。冷卻系統(tǒng)的耗電量通常占到總功耗的30%到50%。在這種情況下，假設(shè)冷卻系統(tǒng)的功耗為40%，那么這個(gè)智算中心的冷卻需求將達(dá)到42兆瓦。因此，總的電力需求將達(dá)到147兆瓦。

面對(duì)如此巨大的電力需求，傳統(tǒng)的電力供應(yīng)方式已經(jīng)顯得力不從心。這時(shí)，SMR（小型模塊化反應(yīng)堆）顯然成為了理想的解決方案。

在設(shè)計(jì)這個(gè)方案時(shí)，首先需要考慮反應(yīng)堆的選址。由于SMR具有高度的安全性，可以靠近人口密集的區(qū)域，因此可以選擇在離智算中心較近的地方部署SMR。這不僅能減少電力傳輸中的損耗，還能確保電力的高效供應(yīng)。

接下來是容量設(shè)計(jì)的問題。為了滿足147兆瓦的需求，同時(shí)考慮到冗余和未來擴(kuò)展的可能性，合理的方案是部署3到4個(gè)50兆瓦的SMR模塊。這將提供大約150到200兆瓦的穩(wěn)定電力輸出，完全可以應(yīng)對(duì)智算中心在高峰時(shí)期的電力需求。

在供電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，可以通過高壓電纜將SMR與智算中心直接連接，確保電力傳輸?shù)男屎涂煽啃浴Ｍ瑫r(shí)，還需要設(shè)計(jì)一個(gè)備用電源系統(tǒng)，如蓄電池組或結(jié)合其他可再生能源，以應(yīng)對(duì)可能的緊急情況。

當(dāng)然，這個(gè)方案的實(shí)施并非沒有挑戰(zhàn)。首先是反應(yīng)堆與冷卻系統(tǒng)的配合，必須確保SMR產(chǎn)生的熱量能夠與智算中心的冷卻系統(tǒng)有效結(jié)合，以優(yōu)化熱交換效率，避免資源的浪費(fèi)。其次是建設(shè)成本與時(shí)間的預(yù)估。雖然SMR的建設(shè)周期相比傳統(tǒng)核電站要短，但從規(guī)劃到投入運(yùn)營(yíng)仍需要2到5年的時(shí)間。至于成本，初期投資可能高達(dá)數(shù)十億美元，具體取決于反應(yīng)堆的規(guī)模和技術(shù)復(fù)雜性。

從經(jīng)濟(jì)角度來看，前期的高額投資是必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)。SMR的初期建設(shè)成本大約為每兆瓦5000至7000萬美元。以150兆瓦的需求計(jì)算，建設(shè)成本將在7.5億到10.5億美元之間。盡管投資巨大，但考慮到SMR提供的長(zhǎng)期穩(wěn)定電力供應(yīng)，以及相較于傳統(tǒng)能源可能節(jié)省的費(fèi)用，這筆投入在長(zhǎng)期來看具有吸引力。

長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本同樣是一個(gè)關(guān)鍵因素。核燃料成本低廉且價(jià)格穩(wěn)定，SMR的維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)較低。每年的運(yùn)營(yíng)成本大約為幾千萬美元，考慮到SMR的使用壽命可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，這將攤薄每度電的成本，使其低于傳統(tǒng)火電和部分可再生能源。

當(dāng)然，風(fēng)險(xiǎn)管理也是必不可少的考量。技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)主要來自反應(yīng)堆的穩(wěn)定性以及冷卻系統(tǒng)的兼容性，安全管理必須考慮周邊人口密集區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)急預(yù)案。此外，社會(huì)接受度和政策風(fēng)險(xiǎn)也是重要的挑戰(zhàn)，尤其是在城市附近建設(shè)核反應(yīng)堆時(shí)，如何獲得公眾支持和政府審批至關(guān)重要。

核能真的是智算中心的唯一出路嗎？

需要指出的是，構(gòu)建核反應(yīng)堆，來給智算中心提供能源，近期被炒的很熱。但這不一定是最好的方案，更不是唯一的方案。

事實(shí)上，傳統(tǒng)電力（比如火電、風(fēng)電、光伏、水電）+特高壓輸電網(wǎng)的方式，也能滿足智算中心的能源需求。

美國(guó)之所以對(duì)核能情有獨(dú)鐘，是因?yàn)樗麄兊碾娏A(chǔ)設(shè)施存在短板，尤其是特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)不夠強(qiáng)。

相比之下，中國(guó)在全球電力設(shè)施，尤其是特高壓電網(wǎng)建設(shè)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，提供了一個(gè)獨(dú)特的思路。特高壓電網(wǎng)能夠?qū)⑦h(yuǎn)距離的清潔能源高效輸送到負(fù)荷中心，這意味著，中國(guó)的智算中心可以通過全國(guó)范圍內(nèi)的電力網(wǎng)絡(luò)獲取穩(wěn)定的清潔電力，而不必完全依賴于核能。這種戰(zhàn)略布局不僅能夠有效降低核能的依賴，還能通過電力網(wǎng)絡(luò)的靈活調(diào)度實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

在這一背景下，中國(guó)的電力網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)先性可以轉(zhuǎn)化為全球AI產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。通過依托強(qiáng)大的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，中國(guó)的智算中心可以靈活組合各種電力來源，實(shí)現(xiàn)多元化的能源供應(yīng)，進(jìn)而提升整個(gè)AI產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

當(dāng)然，電力網(wǎng)絡(luò)與智算中心的關(guān)系遠(yuǎn)不止于電力供應(yīng)那么簡(jiǎn)單。這是一種能源、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的復(fù)雜互動(dòng)。未來，隨著電網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及能源存儲(chǔ)和調(diào)度技術(shù)的進(jìn)步，智算中心與電力網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系可能會(huì)變得更加密切和復(fù)雜。

核能固然是當(dāng)前智算中心的重要電力解決方案，但它并非唯一的選擇。通過靈活利用電網(wǎng)、結(jié)合多種能源形式，智算中心可以探索出更為多樣化的電力供應(yīng)策略。這種多樣化不僅能夠增強(qiáng)智算中心的能源安全性，還能為整個(gè)AI產(chǎn)業(yè)提供更強(qiáng)大的發(fā)展動(dòng)力。

智算中心的電力供應(yīng)問題，不僅是技術(shù)上的挑戰(zhàn)，更是能源戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)布局的綜合考量。未來的能源與AI技術(shù)發(fā)展之間將如何互動(dòng)？這將是一個(gè)值得深思的問題，也為我們繼續(xù)探索能源與AI技術(shù)結(jié)合的前景提供了無限可能性。

來源：數(shù)據(jù)猿