AI数据中心面临能源危机，转向突破性超导技术

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AI数据中心面临能源危机，转向突破性超导技术

人工智能（AI）的持续扩张正在推动计算能力的边界，但这种指数级增长也带来了一个严峻的挑战：对能源的永不满足的需求。随着AI数据中心在全球范围内的激增，它们对现有电网和传统电力传输基础设施造成了前所未有的压力。作为回应，亚马逊网络服务、谷歌云和微软Azure等常被称为超大规模公司的行业巨头，正在积极探索创新解决方案，以在不断缩小的物理空间内提高电力容量和效率。其中最有前景的途径之一是采用高温超导体（HTS）技术，该技术有望彻底改变电力输送到AI运营核心的方式。

传统的电网虽然坚固，但本质上效率不高。美国能源信息管理局（EIA）报告称，每年传输和分配损失平均约为5%，而这个数字在全球其他地区可能会显著更高。这种低效率，再加上现代AI数据中心所需的巨大能源规模——它们可以消耗与小型城市一样多的电力——使得范式转变成为必要。铜线作为几十年来电力传输的基石，通过传导电流来工作，但并非没有电阻。这种电阻会产生热量，导致能量损失、效率降低，并限制了通过给定线路安全传输的电量。这些缺点正成为AI设施的关键瓶颈，这些设施旨在将巨大的电气负载塞入日益紧凑的空间中。

高温超导体应运而生。尽管其名称有些误导，HTS材料在低温下运行，尽管比传统超导体所需的温度显著更高。其核心创新在于它们在冷却时能够以几乎零电阻传导电力，从而大大消除与传统导体相关的能量损失。这一基本特性转化为电力传输的巨大实际优势。HTS电缆不仅比铜电缆显著更小、更轻，而且在传输电流时没有电压下降或热量产生。这种固有的效率和紧凑的外形使其成为AI数据中心的理想解决方案，这些数据中心不断应对空间限制和热管理挑战。

微软已成为HTS技术的积极倡导者和投资者。微软全球基础设施总经理Alastair Speirs在最近的一篇博客文章中强调了其潜力，指出：“因为超导体占用更少的空间来传输大量电力，它们可以帮助我们构建更清洁、更紧凑的系统。”该公司承诺向领先的超导电力技术开发商Veir投资7500万美元。Veir的导体使用HTS带，通常基于稀土钡铜氧化物（REBCO）——一种沉积在金属基板上的薄膜陶瓷超导层，然后工程化为坚固的导体，可以组装成电力电缆。Veir的首席执行官兼联合创始人Tim Heidel解释说：“与铜或铝的主要区别在于，在工作温度下，超导层几乎没有电阻地传输电流，从而在更紧凑的外形中实现非常高的电流密度。”

虽然HTS电缆仍需要低温冷却，但Veir开发了一种实用的解决方案：闭环液氮系统。液氮在电缆长度内循环，在远端重新冷却，然后循环回起点，从而保持所需的低工作温度。Heidel强调了这种方法的实用性：“液氮是一种丰富、低成本、安全的材料，广泛用于许多关键的商业和工业应用。我们正在利用其他行业中已证实的液氮工作经验和标准来设计稳定的数据中心解决方案，这些解决方案旨在持续运行，并具有符合关键基础设施期望而非实验室条件的监控和控制。”Heidel还倾向于外部冷却系统，以最大程度地减少数据中心内部的占地面积和操作复杂性。

稀土材料、复杂的冷却回路和低温系统的集成确实带来了可观的成本，这意味着HTS不太可能在大多数日常应用中取代铜。然而，其经济可行性在利基、高价值的场景中闪耀，在这些场景中，传统电力传输受到空间、重量、电压下降和热量的严重限制。Heidel指出：“在这些情况下，价值体现在系统层面：更小的占地面积、更低的电阻损耗以及更灵活的电力路由方式。”对于建设AI数据中心的超大规模公司而言，HTS开发和部署的初始投资可以通过效率的长期提升、运营成本的降低以及更广泛、更可靠地提供尖端AI服务的能力来抵消。

HTS制造的成熟，特别是在磁带生产方面，也促进了成本效益和供应可用性的提高。微软系统技术总监Husam Alissa证实：“我们目前的重点是与合作伙伴一起验证和降低这项技术的风险，重点是系统设计和集成。”AI数据中心凭借其极端的电力需求和战略重要性，正在被证明是这项变革性技术的理想试验场。随着世界越来越依赖AI，高温超导体所承诺的高效紧凑的电力传输可能是释放其全部潜力的关键，确保基础设施能够跟上创新的步伐。

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