這一 “終極能源” 或能解 AI 能耗之困？

3 月 6 日，核電板/可控核聚變板塊一度大漲，金盾股份 20cm 兩連板，新特電氣 20cm 首板，立航科技等漲停。

據瞭解，AI 服務器的功率較普通服務器高 6-8 倍，這對於電源的需求也將同步提升，通用型服務器原來只需要 2 顆 800W 服務器電源，而 AI 服務器的需求直接提升為 4 顆 1800W 高功率電源，服務器能耗成本直接 3100 元直接飆升到 12400 元，大漲 3 倍。

研究機構 New Street Research 估計，僅在 AI 方面，谷歌就需要大約 40 萬台服務器，每天消耗 62.4 吉瓦時，每年消耗 22.8 太瓦時的能源。

為了追求更強大的性能，以現階段的技術路徑，巨頭正持續不斷增大模型的參數。例如之前的 GPT-3.5 是 1750 億，GPT-4 為 1.8 萬億，而去年 11 月，亞馬遜發佈的全新大模型 Olympus，參數更是達到了 2 萬億。

隨着模型的複雜度和規模不斷增長，AI 對算力的需求也在迅速增加。而用於訓練的 GPU，也會隨之遇到性能瓶頸，從而達到其能效的物理極限，導致功耗顯著增加。

面對 AI 的能耗之困，微軟已經將算盤放在了核電上。據《華爾街日報》報道，微軟正在計劃利用下一代核反應堆，即所謂的小型模塊化反應堆（SMR），來支持其數據中心和 AI 項目。

可控核聚變被視為未來終極能源

可控核聚變由於原料資源豐富、釋放能量大、安全清潔、環保等優勢，能基本滿足人類對於未來理想終極能源的各種要求。核聚變的能量來源目前主要有三種：宇宙能源，即太陽發光發熱；氫彈爆炸（不受控核聚變）；人造太陽（受控核聚變能源裝置）。

國聯證券表示，要實現可控核聚變主要難點在於 2 點：

一是如何維持等離子體穩定和提高聚變反應效率。

實現核聚變反應需要將氘氚原子核壓縮到很小尺度的核力範圍（10-15 米）內，但由於原子核帶正電，必須獲得足夠的能量或在特殊環境下才能克服彼此間的庫侖勢壘。在等離子體聚變技術中，磁場將等離子體束縛在一定範圍內，當等離子體被加熱到足夠高的温度（1 億度以上）和密度時，才能發生聚變反應。

二是核聚變反應器材料技術要求高。

由於核聚變反應嚴苛，聚變反應器材料應滿足以下幾點要求：1）聚變反應器材料需耐受高温高壓；2）由於聚變反應中釋放的大量中子會對反應器造成損害，材料需有優越的耐損性能；3）反應器材料應具備不易吸收氚的特性，以減少燃料損失，並減少產生放射性廢物。目前暫無法完全模擬聚變動力反應堆的條件進行核聚變反應器材料測試。

國內可控核聚變商業化進程加快

據統計，當前世界共有 50 多個國家正在進行 140 餘項核聚變裝置的研發和建設，並取得一系列技術突破，IAEA 預計到 2050 年世界第一座核聚變發電廠有望建成並投入運行。

國聯證券指出，其中主要的技術路線是使用磁約束的託卡馬克和仿星器，有少數國家進行激光慣性約束的研究。

國內來看，中國環流三號（HL-2M）是由中核集團西南物理研究院自主設計建造的託卡馬克裝置，於 2020 年 12 月建成，也是我國設計參數最高、規模最大的核聚變大科學裝置，被稱為中國的新一代 “人造太陽”。在高約束運行模式下，HL-2M 等離子體電流強度可達 250 萬安培以上，等離子體温度可達 1.5 億度。

催化方面，6 日媒體報道，俄羅斯稱正考慮與中國合作於 2033 至 2035 年開始在月球建核電站。

此外，國務院國資委主任張玉卓 3 月 5 日在 “部長通道” 上介紹，要加大對戰略性新興產業和未來產業的佈局，特別是在類腦智能、量子信息、受控核聚變等方面要提前佈局。

馬斯克近期也在 “博世互聯世界 2024” 大會上表示，一年多以前，短缺的是芯片，明年你會看到電力短缺，無法滿足所有芯片的需求。

AI 有多耗電？

據 Digital Information World 發佈的最新報告，OpenAI 訓練 GPT-3 耗電為 1.287 吉瓦時，大約相當於 120 個美國家庭 1 年的用電量，而這僅僅是訓練 AI 模型的前期電力，僅佔模型實際使用時所消耗電力的 40%。

報道指出，數據中心為訓練 AI 模型產生的能耗將為常規雲工作的三倍，預計到 2030 年，美國數據中心的電力需求將以每年約 10% 的速度增長。

2023 年 8 月，中國環流三號首次實現 100 萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，再次刷新我國磁約束聚變裝置運行紀錄，突破了等離子體大電流高約束模式運行控制、高功率加熱系統注入耦合、先進偏濾器位形控制等關鍵技術難題，是我國核聚變能開發進程中的重要里程碑，標誌着我國磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運行邁出重要一步。

12 月 14 日，核工業西南物理研究院與國際熱核聚變實驗堆 ITER 總部簽署協議，宣佈新一代人造太陽 “中國環流三號” 面向全球開放。

12 月 29 日，以 “核力啓航聚變未來” 為主題的可控核聚變未來產業推進會召開。由 25 家央企、科研院所、高校等組成的可控核聚變創新聯合體正式宣佈成立。會上發佈了第一批未來能源關鍵技術攻關任務，對推進聚變能源產業邁出實質性步伐具有重要的里程碑意義。目前，我國先後建成 EAST、HL-2M 等核聚變裝置，工程技術正不斷提升，聚變理論與物理實驗、工程技術等方面達到了世界領先水平，核聚變能商業化正加快進程。

相關產業鏈

天風證券指出，目前全球有超 30 家公司正致力於實現核聚變的商業化，累計融資超過 62 億美元，2022 年核聚變領域的私人投資額已接近 30 億美元，一年的投資額超此前的投資總和。國內市場中，成立於 2021 年的星環聚能、能量奇點，在近兩年來均已獲得兩輪融資，且融資金額頗高。

據 Keytone ventures 預測，全球核聚變市場規模將從 2022 年的 2964 億美元增長至 2027 年的 3951.4 億美元。

國聯證券表示，核聚變產業鏈包括上游原材料供應到中游技術研發、設備生產製造，及下游核電應用等。

產業鏈上游：上游覆蓋有色金屬 (鎢、銅等)、特種鋼材、特種氣體 (氘、氚) 等原料供應。

產業鏈中游：中游覆蓋聚變技術研發、裝備製造（第一壁、偏濾器、蒸汽發生器、超導磁線圈等組件）及仿真、控制軟件的開發。核電設備主要由核島、常規島及輔助設備三大系統構成，其中核島是整個核電站的核心，負責將核能轉化為熱能，是核電站所有設備中工藝最複雜、投入成本最高的部分，投資成本佔比達到 58%，並且市場參與者較少。

產業鏈下游：下游涵蓋核電站運營及設備應用，主要目標市場為發電。

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