AI風暴席捲全球，隨著AI發展的步伐加快，也帶來了一系列難題，包括晶片供不應求和更高算力的需求；然而，越來越多的人開始意識到高耗能將成為AI發展的一大瓶頸。微軟創辦人比爾•蓋茲直言，電力是決定資料中心獲利與否的關鍵。高盛更預估美國未來五年的電力需求成長，較一年前整整翻一倍，科技巨頭們正尋覓穩定供電，AI的電力該從何而來？
AI的盡頭是電力？ChatGPT一天吃下50萬度電
毫無疑問，AI的風潮正以前所未見的速度席捲全球，從各國政府到科技巨頭、民間企業、投資人，都在談論AI，但在這場技術革命的背後，一個不容忽視的難題漸漸浮上檯面，那就是穩定的電力供應。
AI到底有多耗電？國際能源署（IEA）今年1月發佈2024年電力報告指出，資料中心、AI和加密貨幣等領域的用電量到2026年將翻倍，規模相當於德國全國的電力需求；單就資料中心而言，2026年的總用電量估計將也超過1兆度（1000TWh），與全日本用電量相當。
《紐約客》報導指出，OpenAI的ChatGPT每天消耗的電力超過50萬度，大約是1.7萬戶家庭用電量。根據輝達（NVIDIA）的網站數據，每塊H100晶片功耗高達700W，因此使用10萬塊H100訓練AI，總耗能達70MW，再加上伺服器和冷卻系統運行時的消耗，粗估一座擁有10萬顆H100晶片的資料中心耗電約100MW，有能源從業者於社交媒體X上指出，這已經是一座小型太陽能或是風力發電廠的全部輸出。
前Google工程師凱爾．柯賓（Kyle Corbitt）在X披露，微軟工程師們正忙著搭建IB網路（InfiniBand），這是為了連接分布在不同地區的GPU，他們別無選擇，因為如果把超過10萬塊的H100 GPU放在同一區域，電網就會崩潰。
AI的高耗電，為美國電網帶來前所未見的壓力挑戰。高盛預期，AI資料中心的電力需求在2023至2030年將成長160%，2030年將占美國總電力的8%；美銀美林的調研報告中指出，AI電力需求量在2023至2028間的年複合成長率（CAGR）高達25%~33%；晶片設計龍頭ARM更警告，AI資料中心目前消耗美國近4%電力，如果不提高晶片效能，至2030年耗電量將高達25%。
用電荒 科技廠為「電」各顯神通
這些驚人的數字揭示了AI對電力的巨大需求，美國公共電網系統的改造迫在眉睫。美國的電網基礎設施多建於1960至70年代，大部分的電纜線及變壓器使用超過25年，容易因極端天氣影響而斷電，美國聯邦能源監管委員會（FERC）於今年5月召開會議，決議加速開發遠距輸電和再生能源接入電網等項目，但公共電網的建設障礙重重，短期內無法取得顯著進展，科技巨頭們開始自己找尋辦法。
電網的接入權限就成佈署AI資料中心重要的競爭資源。據《華盛頓郵報》報導，那些傳統上與科技產業毫不相關的地區，如俄亥俄州的哥布倫市、愛荷華州的阿爾圖納市和印第安那州的韋恩堡市，現在都成為爭奪目標。仲量聯行（JLL）美國資料中心市場董事總經理Andy Cvengros表示：「現在所有人都在追逐電力，他們願意去任何地方」。不過這些二線城市原本的基礎建設較為薄弱，在供電上也無法滿足所有的需求。
科技公司在研發耗能更少的晶片、提高電網運輸效率的同時，也積極尋找更多的能源替代方案。在碳中和的目標下，微軟、亞馬遜、谷歌等企業尋找可再生能源，風能、太陽能、核能、地熱能、清潔氫（Clean Hydrogen）等進入視野，其中核電最符合需求。核電不像燃煤、天然氣等火力發電的碳排量大，而且比太陽能、風能等再生能源穩定。
2023年，微軟與能源公司Constellation Energy合作，同意向微軟資訊中心供應核電，微軟還開出招聘啟示，尋找核技術專家來建立小型核反應堆以為資料中心提供動力；今年3月，亞馬遜（AWS）與塔倫能源（Talen Energy）簽訂10年購電協議，計畫由賓州的核電廠提供亞馬遜新資料中心的專用電力。
就連美國政府也將核電作為應對AI高耗電的一項重要來源，綜合外媒報導，美國能源部正在探索讓科技公司在資料中心的園區建立小型核電站的辦法，美國能源部長格蘭霍姆（Jennifer Granholm）表示需要加快腳步，因為微軟、谷歌等科技巨頭們對電力的需求只會增加。
在現有的核電之外，科技公司還不斷探索更多的電力可能性，被稱為「能源聖杯」的核融合成為關注焦點。研究核融合的新創公司如Helion Energy、TAE Technologies、General Fusion、Commonwealth Fusion Systems等已吸引了近30億美元的投資，投資者包括OpenAI、微軟、亞馬遜、Salesforce等。2023年，微軟決定從2028年起向Helion Energy購買50兆瓦電力。
商轉遙遙無期？各國押注「能源聖杯」
核融合的概念從20世紀初即有相關討論，從核能的原理來看，核分裂是指讓質量數較大的原子核分裂成兩個以上質量數較小的原子核之過程，當前世上的核電廠都是以此概念為發電基礎；核融合則是相反的過程，是將兩個較輕的原子核結合，形成一個較重的原子核或粒子的過程。
簡單來說，核融合就是核分裂的顛倒版。它不像核分裂一樣容易產生大量核廢料，且所使用的原材料取得容易，因此幾乎可以無限發電，被譽為是能源聖杯，但由於理論與技術上的挑戰尚待克服，導致一直都未能成功商轉。
當前若要以核融合發電，就需要使用大量能量來產生極端溫度，讓反應爐可以使電漿維持足夠的時間，產生「點火」（ignition）並獲得可用於商業用途的剩餘能量，然而只要其中一個步驟失敗就會導致核融合無法順利發電。
世界各國正想方設法讓核融合的技術可以順利商轉，據美國核融合工業協會（FIA）報告顯示，到2023年6月為止，若將有公開籌集金額的核融合相關初創企業的資金由高至低進行排序，可發現美國企業佔據了前10名中的6名。過去2年內，美國民間對於核融合領域的投資上升，至去年底已逾59億美元（折合約新台幣1,906億8,800萬元）。
日媒指出，美、中兩國放話最早於2030年進行核融合發電能力測試，受此影響，原定於2050年要實現核融合發電的日本政府，也有可能提早完成。除了競爭之外，合作也是一個方向，2023年美國提出讓全球參與核融合技術開發，中國也宣布向全球開放新一代的核融合裝置。
即便如此，這些發展距離核融合商轉的目標依然很遙遠，核融合的工程和科學難題依舊存在，曼徹斯特大學核融合研究員卡恩（Aneeqa Khan）表示核融合還沒準備好，可能要等到2050~2100年才能讓這項科技準備就緒。
雖然核融合的商轉看似遙遙無期，但在相關研究持續推進之下，其技術勢必也會日趨成熟，最終為能源領域補上一塊缺失已久的拼圖。