2024-06-28
AI吃電怪獸恐釀電力荒！OpenAI、微軟押注「核融合」，興建小型核電站為數據中心直接供電！
在超級英雄電影《Iron Man》中，鐵甲奇俠胸部那個提供無限能量的圓形動力裝置，原來不是完全虛構的東西，而是依據真正科學原理——核融合（Nuclear Fusion）——構想出來的事物。能源初創企業Helion Energy憑著此技術，不僅吸引了OpenAI執行長奧特曼的投資，又取得微軟（Microsoft）的訂單，日後為其AI數據中心供電。核融合究竟有何獨到之處，可以贏得兩大AI巨頭的青睞？它又能否解決AI浪潮帶來的缺電危機呢？
核融合零核廢料、燃料取自海水
根據國際原子能總署的定義，核融合是仿照太陽釋放能量的原理，在極高溫與高壓下將兩個較輕的原子核（通常是氫的同位素氘、氚）結合成較重的氦原子，藉此釋放巨大的能量來發電。核融合期間產生的副產物主要是氦，而不是高放射性核廢料，比起傳統核電廠所用的核分裂（Nuclear Fission）技術對環境更為友善。
更重要的是，核融合所需的燃料主要是氘，能從海水中的「重水」（Heavy Water）提煉出來——1加侖海水便可以釋放出300加侖汽油所產生的電力，地球海洋中的重水含量，足以為現今所有能源需求提供數十億年的電量，因此核融合被譽為能源界的「聖杯」。
隨著生成式AI需求持續攀升，數據中心用電量也大幅增加，所以AI已被認為是「吃電怪獸」。高盛預估，2030年數據中心佔美國電量需求的份額將從現時3%倍增至8%。亞馬遜（Amazon）執行長安迪·賈西（Andy Jassy）警告，現時沒有足夠電力推動新的生成式AI服務，解決電力荒已成當務之急。特斯拉（Tesla）執行長伊隆·馬斯克（Elon Musk）更直言，最快到2025年就可看到缺乏電力運行所有AI晶片的情況。
Helion磁慣性融合能源效率更高
外界看好核融合可在零碳排下供應龐大而穩定的電力，有望成為未來AI缺電的救星。多個國家的政府實驗室與30多家私人企業現正積極研發核融合發電方案，當中以成立於 2013 年的美國初創公司Helion Energy暫處於領先位置。
Helion使用特殊的「磁慣性融合」技術：首先將「氘」與「氦-3」加熱成電漿狀態，跟著利用磁鐵產生磁場來約束高溫電漿體，然後通過快速擠壓電漿體來融合這兩個原子，並釋放帶電粒子，最後經電磁感應直接發電。由於不用像一般核融合反應爐要產生熱能，將水加熱變成蒸汽，再用蒸汽推動渦輪機發電，因此能源轉換效率更高。
相比起大多數研發中的核融合發電廠，Helion主推小型分散式的反應爐，這樣不但建設速度較快、成本較低，而且選址亦更具彈性，譬如可以直接在數據中心旁興建小型發電站，就近直接供電。該公司執行長大衛．科特利（David Kirtley）表示，希望只需投入幾千萬美元，便可以產生50兆瓦的電量，足以為40,000個美國家庭供電。
Helion表示，核融合的發電成本可以低至10美元/MWh，大概為燃煤發電的三分之一。（圖片來源：X.com@Helion_Energy）
OpenAI奧特曼為Helion最大金主
目前Helion已取得不少著名企業家的投資，其中更包括OpenAI執行長山姆·奧特曼（Sam Altman）。2014年，Helion獲錄取加入矽谷創業加速器Y Combinator，時任Y Combinator總裁的奧特曼正開始對核能發電產生興趣，在參觀4家核融合初創後，決定向Helion投資950萬美元（約7,410萬港元）。
迄今Helion已先後進行5輪融資，2021年5月完成的 E 輪融資由奧特曼領投，PayPal共同創辦人Peter Thiel、以及Facebook共同創辦人Dustin Moskovitz參投。目前Helion累計集資額達5.7億美元（約44.46億港元），當中3.75億美元（約29.25億港元）正是來自奧特曼，讓他成為Helion的最大金主。
Helion執行長科特利（右）表示，須定期向最大金主、董事局主席奧特曼匯報工作進度，並透露Helion員工現正使用ChatGPT來加快開發速度。（圖片來源：Business Wire）
取得巨額融資後，Helion於2021年7月著手興建第七代核融合反應爐「北極星」（Polaris）原型。該公司表示，北極星裝配更強大的磁鐵，電磁脈衝速度比第六代Trenta高出100倍，具備更好的核融合發電條件。如果它可以在2024年內順利竣工，將成為首座展示核融合發電的裝置。
第六代Trenta原型每10分鐘能運行一次核融合脈衝，Helion團隊希望第七代Polaris可以加快到每秒一個脈衝，能以更高功率電磁脈衝來達成核融合。（圖片來源：Helion Energy官網）
目標2028年推商業核融合供電
2023年，微軟與Helion簽訂購電協議，成為其首個客戶；該公司承諾在2028年啟動核融合反應爐為微軟供電，並在1年內將發電量提高至50百萬瓦（MW）或以上。同年，Helion又跟美國鋼鐵製造商Nucor達成合作協議，興建一座500百萬瓦的核融合發電站，供電規模與傳統發電廠相若。
Helion的主要對手是另一美國初創Commonwealth Fusion Systems（CFS），其募資金額高達20億美元（約156億港元），是核融合領域中集資最多的初創。但CFS起碼要到2025年才可啟動其示範反應爐「SPARC」，目標是2030年代初期運轉首座核融合發電站，進度明顯落後於Helion。
國際能源總署的調查報告指出，到2026年全球數據中心的電力需求可能會暴增一倍。對任何一個國家或城市來說，如要推動AI產業，發展瓶頸可能不再是晶片短缺，而是電量不足。在碳中和的大前提下，對潔淨能源進行大規模投資已是刻不容緩，惟風電與太陽能有著供電不穩定、易受天氣影響等問題，核融合或是緩解AI電力荒的更理想方案。
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