本文來自微信公眾號(hào)“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，作者/黃山明。
近日，英偉達(dá)CEO黃仁勛在一次公開演講中表示，AI未來的發(fā)展將與光伏和儲(chǔ)能緊密相連。另一位科技大佬OpenAI創(chuàng)始人山姆·奧特曼也提出了類似的看法，認(rèn)為未來的AI取決于能源，社會(huì)需要更多的光伏與儲(chǔ)能。
日消耗50萬度電，美國普通家庭用電的1.7萬倍
AI的發(fā)展日新月異，從文字到圖片再到視頻，其進(jìn)步速度令人矚目。但這些發(fā)展的背后都有著代價(jià)，而發(fā)展AI的代價(jià)便是能源的巨大消耗。
特斯拉創(chuàng)始人馬斯克曾公開表示，AI發(fā)展的速度前所未見，幾乎每過6個(gè)月，AI的算力就會(huì)增加10倍。而集成電路中的摩爾定律，也“僅僅”是每18個(gè)月性能翻一倍，與如今AI的成長速度相比，實(shí)在不值一提。
不過高速的成長速度下，是海量的能源需求，馬斯克預(yù)計(jì)，兩年內(nèi)就會(huì)由“缺硅”變?yōu)?ldquo;缺電”，這將阻礙AI的發(fā)展。馬斯克認(rèn)為，當(dāng)前算力的增長已經(jīng)面臨瓶頸，接下來變壓器將會(huì)陷入短缺，緊接著就是電力的短缺。到2025年，甚至?xí)媾R沒有足夠電力來運(yùn)行所有芯片的局面。
而AI將成為電力消耗的大戶，據(jù)美國《紐約客》雜志報(bào)道，ChatGPT的日均耗電量達(dá)到50萬度，相當(dāng)于美國普通家庭用電量的1.7萬倍，以此應(yīng)對其用戶的約2億個(gè)請求。
國際能源署（IEA）此前表示，未來三年，全球電力需求將加速增長，預(yù)計(jì)每年增長3.4%。美國Uptime Institute預(yù)測，到2025年，人工智能業(yè)務(wù)在全球數(shù)據(jù)中心用電量中占比將從2%猛增至10%。
如果生成式AI進(jìn)一步發(fā)展，其耗電量可能會(huì)更多。有荷蘭的科學(xué)家亞歷克斯·德弗里斯在其論文中提到，到2027年，整個(gè)AI行業(yè)每年將消耗85-134太瓦時(shí)（TWh）的電力，1太瓦時(shí)等于10億千瓦時(shí)。
舉個(gè)直觀一點(diǎn)的例子，我國的三峽水電站年發(fā)電量剛剛突破1000億千瓦時(shí)，意味著未來整個(gè)AI行業(yè)的耗電量由三峽電站來供應(yīng)可能將將夠，而三峽電站可是能供應(yīng)華中和華南多個(gè)省份地區(qū)的。
比如國內(nèi)的臺(tái)灣地區(qū)即將在4月份調(diào)漲電價(jià)，預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)用電價(jià)格將上調(diào)3成，而4月份電價(jià)方案平均也將漲10%-15%。
英偉達(dá)CEO黃仁勛更是在一次公開演講中指出，AI未來的發(fā)展與光伏和儲(chǔ)能緊密相連，他表示，未來人們不能只想著算力，如果只考慮計(jì)算機(jī)，那么需要消耗掉14個(gè)地球的能源。
儲(chǔ)能的發(fā)展將關(guān)乎AI的進(jìn)步
之所以如今的AI需要消耗這么大的能源，在于當(dāng)前大模型的性能提升方式。其中算法的優(yōu)化固然重要，但更多的卻是依賴于“暴力”算力的提升，也就是通過添加更多的算力卡來增加大模型的性能，也就是所謂的“力大磚飛”。
這也意味著，未來AI競爭的核心門檻將不再是單純的算力創(chuàng)新，而是海量算力所需要的電力與儲(chǔ)能水平及成本。尤其是電力作為智算中心最主要的能源供給，其穩(wěn)定性與可持續(xù)性對于算力產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展至關(guān)重要。
隨著智算中心性能的不斷提升，電力和儲(chǔ)能將成為這一行業(yè)壁壘的關(guān)鍵，如何高效利用電力、降低能耗、提高儲(chǔ)能水平，將成為未來相關(guān)企業(yè)能否占據(jù)優(yōu)勢的重要因素。
從儲(chǔ)能的作用來看，比如AI的研發(fā)、訓(xùn)練和應(yīng)用都需要大量的電能支持。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效地儲(chǔ)存并按需釋放電力，避免電網(wǎng)波動(dòng)帶來的影響，確保AI設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)AI訓(xùn)練過程中的計(jì)算量可能瞬間達(dá)到峰值，導(dǎo)致電力需求激增。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在非高峰時(shí)段存儲(chǔ)電能，在高峰時(shí)段釋放，緩解電網(wǎng)壓力，滿足AI計(jì)算對電力的彈性需求。
不僅如此，儲(chǔ)能技術(shù)也能幫助推動(dòng)AI在邊緣計(jì)算場景的應(yīng)用，比如無人機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等，通過儲(chǔ)能裝置保證設(shè)備在無外部供電情況下仍能高效運(yùn)行AI算法。
而在能量來源上，越來越多的數(shù)據(jù)中心都開始采用風(fēng)電光伏等可再生能源，不過可再生能源存在間歇性和不穩(wěn)定性的問題，儲(chǔ)能技術(shù)能夠?qū)⑺鼈儺a(chǎn)生的多余電能儲(chǔ)存起來，在沒有光照或風(fēng)力不足時(shí)使用，使得AI行業(yè)更加綠色可持續(xù)。
當(dāng)然，面對AI所帶來的巨大能源需求，對于儲(chǔ)能技術(shù)而言本身也是一種挑戰(zhàn)。比如儲(chǔ)能系統(tǒng)需要具備高效能量密度，即單位體積或質(zhì)量內(nèi)能夠儲(chǔ)存更多的電能，以滿足AI系統(tǒng)持續(xù)、高負(fù)荷運(yùn)行的需求。
此外，還包括快速充放電能力、長循環(huán)壽命、高安全性與穩(wěn)定性、智能化管理以及可持續(xù)性等多方面都需要加強(qiáng)。目前市場中所應(yīng)用及研發(fā)的鋰電池、固態(tài)電池、鈉電池、全釩液流電池等等，都這些方面進(jìn)行綜合考慮，以應(yīng)對未來AI時(shí)代的需求。
具體來看，比如針對儲(chǔ)能產(chǎn)品中的逆變器、DC/AC轉(zhuǎn)換器，需要研發(fā)更高轉(zhuǎn)換效率的功率半導(dǎo)體器件（如新型IGBT、SiC MOSFET、GaN等寬禁帶半導(dǎo)體材料器件），能夠減少電力轉(zhuǎn)換過程中的損耗，提高整體儲(chǔ)能系統(tǒng)的能源利用率。
利用先進(jìn)的半導(dǎo)體芯片和傳感器技術(shù)，構(gòu)建高度智能化的儲(chǔ)能管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測電池狀態(tài)、預(yù)測剩余壽命，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)和AI算法優(yōu)化充放電策略，有效調(diào)度和分配電力資源。
近期，深圳市工信局發(fā)布的《深圳市算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2024-2025）》為行業(yè)發(fā)展制定了一個(gè)清晰的規(guī)劃方向。配合電網(wǎng)升級(jí)，將儲(chǔ)能電站與智算中心協(xié)同發(fā)展，通過儲(chǔ)能電站來平抑電力波動(dòng)，支持AI大模型技術(shù)的發(fā)展，將成為未來的主流。也可以看到，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)關(guān)乎到未來AI發(fā)展的上限。
總結(jié)
儲(chǔ)能技術(shù)是支撐AI行業(yè)健康發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，它既能解決AI領(lǐng)域?qū)δ茉吹拇罅啃枨螅帜苤ζ鋵?shí)現(xiàn)低碳、環(huán)保的目標(biāo)。并且為了滿足AI發(fā)展帶來的電力需求，儲(chǔ)能技術(shù)需要在安全性、經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)集成、算法支持、數(shù)字化與智能化、適配性、技術(shù)創(chuàng)新以及政策與市場機(jī)制等方面進(jìn)行深入的研究和創(chuàng)新。通過這些努力，儲(chǔ)能技術(shù)將能夠更好地支持AI的發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)整個(gè)能源行業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)。
