这一 “终极能源” 或能解 AI 能耗之困？

3 月 6 日，核电板/可控核聚变板块一度大涨，金盾股份 20cm 两连板，新特电气 20cm 首板，立航科技等涨停。

据了解，AI 服务器的功率较普通服务器高 6-8 倍，这对于电源的需求也将同步提升，通用型服务器原来只需要 2 颗 800W 服务器电源，而 AI 服务器的需求直接提升为 4 颗 1800W 高功率电源，服务器能耗成本直接 3100 元直接飙升到 12400 元，大涨 3 倍。

研究机构 New Street Research 估计，仅在 AI 方面，谷歌就需要大约 40 万台服务器，每天消耗 62.4 吉瓦时，每年消耗 22.8 太瓦时的能源。

为了追求更强大的性能，以现阶段的技术路径，巨头正持续不断增大模型的参数。例如之前的 GPT-3.5 是 1750 亿，GPT-4 为 1.8 万亿，而去年 11 月，亚马逊发布的全新大模型 Olympus，参数更是达到了 2 万亿。

随着模型的复杂度和规模不断增长，AI 对算力的需求也在迅速增加。而用于训练的 GPU，也会随之遇到性能瓶颈，从而达到其能效的物理极限，导致功耗显著增加。

面对 AI 的能耗之困，微软已经将算盘放在了核电上。据《华尔街日报》报道，微软正在计划利用下一代核反应堆，即所谓的小型模块化反应堆（SMR），来支持其数据中心和 AI 项目。

可控核聚变被视为未来终极能源

可控核聚变由于原料资源丰富、释放能量大、安全清洁、环保等优势，能基本满足人类对于未来理想终极能源的各种要求。核聚变的能量来源目前主要有三种：宇宙能源，即太阳发光发热；氢弹爆炸（不受控核聚变）；人造太阳（受控核聚变能源装置）。

国联证券表示，要实现可控核聚变主要难点在于 2 点：

一是如何维持等离子体稳定和提高聚变反应效率。

实现核聚变反应需要将氘氚原子核压缩到很小尺度的核力范围（10-15 米）内，但由于原子核带正电，必须获得足够的能量或在特殊环境下才能克服彼此间的库仑势垒。在等离子体聚变技术中，磁场将等离子体束缚在一定范围内，当等离子体被加热到足够高的温度（1 亿度以上）和密度时，才能发生聚变反应。

二是核聚变反应器材料技术要求高。

由于核聚变反应严苛，聚变反应器材料应满足以下几点要求：1）聚变反应器材料需耐受高温高压；2）由于聚变反应中释放的大量中子会对反应器造成损害，材料需有优越的耐损性能；3）反应器材料应具备不易吸收氚的特性，以减少燃料损失，并减少产生放射性废物。目前暂无法完全模拟聚变动力反应堆的条件进行核聚变反应器材料测试。

国内可控核聚变商业化进程加快

据统计，当前世界共有 50 多个国家正在进行 140 余项核聚变装置的研发和建设，并取得一系列技术突破，IAEA 预计到 2050 年世界第一座核聚变发电厂有望建成并投入运行。

国联证券指出，其中主要的技术路线是使用磁约束的托卡马克和仿星器，有少数国家进行激光惯性约束的研究。

国内来看，中国环流三号（HL-2M）是由中核集团西南物理研究院自主设计建造的托卡马克装置，于 2020 年 12 月建成，也是我国设计参数最高、规模最大的核聚变大科学装置，被称为中国的新一代 “人造太阳”。在高约束运行模式下，HL-2M 等离子体电流强度可达 250 万安培以上，等离子体温度可达 1.5 亿度。

催化方面，6 日媒体报道，俄罗斯称正考虑与中国合作于 2033 至 2035 年开始在月球建核电站。

此外，国务院国资委主任张玉卓 3 月 5 日在 “部长通道” 上介绍，要加大对战略性新兴产业和未来产业的布局，特别是在类脑智能、量子信息、受控核聚变等方面要提前布局。

马斯克近期也在 “博世互联世界 2024” 大会上表示，一年多以前，短缺的是芯片，明年你会看到电力短缺，无法满足所有芯片的需求。

AI 有多耗电？

据 Digital Information World 发布的最新报告，OpenAI 训练 GPT-3 耗电为 1.287 吉瓦时，大约相当于 120 个美国家庭 1 年的用电量，而这仅仅是训练 AI 模型的前期电力，仅占模型实际使用时所消耗电力的 40%。

报道指出，数据中心为训练 AI 模型产生的能耗将为常规云工作的三倍，预计到 2030 年，美国数据中心的电力需求将以每年约 10% 的速度增长。

2023 年 8 月，中国环流三号首次实现 100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。

12 月 14 日，核工业西南物理研究院与国际热核聚变实验堆 ITER 总部签署协议，宣布新一代人造太阳 “中国环流三号” 面向全球开放。

12 月 29 日，以 “核力启航聚变未来” 为主题的可控核聚变未来产业推进会召开。由 25 家央企、科研院所、高校等组成的可控核聚变创新联合体正式宣布成立。会上发布了第一批未来能源关键技术攻关任务，对推进聚变能源产业迈出实质性步伐具有重要的里程碑意义。目前，我国先后建成 EAST、HL-2M 等核聚变装置，工程技术正不断提升，聚变理论与物理实验、工程技术等方面达到了世界领先水平，核聚变能商业化正加快进程。

相关产业链

天风证券指出，目前全球有超 30 家公司正致力于实现核聚变的商业化，累计融资超过 62 亿美元，2022 年核聚变领域的私人投资额已接近 30 亿美元，一年的投资额超此前的投资总和。国内市场中，成立于 2021 年的星环聚能、能量奇点，在近两年来均已获得两轮融资，且融资金额颇高。

据 Keytone ventures 预测，全球核聚变市场规模将从 2022 年的 2964 亿美元增长至 2027 年的 3951.4 亿美元。

国联证券表示，核聚变产业链包括上游原材料供应到中游技术研发、设备生产制造，及下游核电应用等。

产业链上游：上游覆盖有色金属 (钨、铜等)、特种钢材、特种气体 (氘、氚) 等原料供应。

产业链中游：中游覆盖聚变技术研发、装备制造（第一壁、偏滤器、蒸汽发生器、超导磁线圈等组件）及仿真、控制软件的开发。核电设备主要由核岛、常规岛及辅助设备三大系统构成，其中核岛是整个核电站的核心，负责将核能转化为热能，是核电站所有设备中工艺最复杂、投入成本最高的部分，投资成本占比达到 58%，并且市场参与者较少。

产业链下游：下游涵盖核电站运营及设备应用，主要目标市场为发电。

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