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AI数据中心的能源狂欢:光鲜算力背后的肮脏与困境
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AI数据中心的能源狂欢:光鲜算力背后的肮脏与困境

  当我们驱车穿过孟菲斯西南部时,基肖恩·皮尔逊让我把车窗摇下来——我们的目的地,最好用鼻子闻,而不是用眼睛看。沿途,我们右边经过一座废弃的燃煤电厂,左边是一座正在运行的电厂,配备着巨大的天然气涡轮机。皮尔逊是非营利组织孟菲斯社区反污染联盟的负责人,他正带我前往他家乡最新的工业巨型项目。

  空气中已经弥漫着煤烟、汽油和沥青的味道。接着,一股刺痒感顺着鼻腔滑进喉咙,就像要感冒一样。随着我们靠近,起重机和卡车的轰鸣声传来,然后从一片树林后面,露出了林立的输电塔。终于,我看到了它——一座比十几个足球场还大的白色围墙厂房,埃隆·马斯克打算在这里造一个神。

  这就是巨像:马斯克的人工智能公司xAI正在使用的数据中心,用于训练全球最先进的生成式AI模型之一Grok。训练这些模型需要惊人的能源;如果满负荷运行一年,巨像的耗电量相当于20万户美国家庭的年用电量。马斯克在X平台上写道,全面投产后,这座设施以及附近另外两座xAI数据中心将需要近2吉瓦的电力。每年,这些设施的耗电量大约是西雅图市的两倍。

  为了让巨像尽快上线,xAI自建了发电厂,安装了多达35台天然气涡轮机——这些火车车厢大小的发动机是烟雾的主要来源,南方环境法律中心获取的卫星图像证实了这一点。我们开车经过设施时,皮尔逊咳嗽起来。我喉咙里的刺痛感加剧,赶紧摇上了车窗。

  xAI的竞争对手们也在建造同样规模的数据中心,用于开发他们最强大的生成式AI模型;相当于一座大都市的用电量,将涌入仅占几个街区的设施。这些公司让聊天机器人变得更聪明,主要不是靠编写更巧妙的代码,而是靠把它们做得更大:用更多的数据喂给更强大的计算机芯片,而这些芯片消耗更多的电力。OpenAI已宣布计划建设总需求超过30吉瓦的设施——这比新英格兰地区有记录以来的最大用电需求还要高。自2022年11月ChatGPT推出以来,亚马逊、微软、Meta和谷歌的资本支出已超过6000亿美元,其中大部分用于数据中心——即使经通胀调整后,这也超过了美国政府修建整个州际公路系统的费用。这些是历史上最大的单一电力消耗点。普林斯顿大学气候建模师杰西·詹金斯告诉我。

  即使是保守分析也预测,未来十年内,科技行业将给美国电网增加相当于约40个西雅图的用电量;激进情景则预测,一半时间内就会增加60个以上。据国际能源署能源ag真人官方 ag真人官网投资分析师悉达多·辛格称,到2030年,美国数据中心的用电量将超过该国所有重工业的总和——超过水泥、钢铁、化工、汽车和其他工业设施的用电量加起来。其中约一半的需求将来自专为生成式AI设计的数据中心——这类程序如ChatGPT,能生成文本和图像,解决复杂的数学问题,或许有一天还能推动科学发现。

  为了给AI供电,能源和科技公司正转向化石燃料,他们认为化石燃料比风能、太阳能或核能更可靠、更容易获得。当被问及数据中心的能源应该来自哪里时,OpenAI首席执行官萨姆·奥尔特曼反复表示:短期内:天然气。(OpenAI与《大西洋月刊》有企业合作关系。)路易斯安那州一家公用事业公司计划为Meta的一座数据中心建设三座天然气发电厂,这座数据中心建成后将成为西半球最大的数据中心之一。燃煤电厂的使用寿命也在延长,以满足新数据中心的电力需求。国际能源署估计,到2030年,数据中心的排放量可能会增加一倍以上——成为全球增长最快的温室气体来源之一。

  乐观主义者的观点是,到那时,先进的核反应堆将取代许多新建的化石燃料电厂,而AI工具将发明出能够解决气候危机的技术。这很可能会发生。但如今,市场已经达成共识:先加天然气,再加核能。詹金斯说。换句话说,如果天然气涡轮机似乎是通往AI增强未来最便捷的道路,那么清洁空气可能就得等一等了。

  数据中心是一个充满矛盾的星球:没有运动的热量,没有身体的庇护,没有天空的光。互联网的命脉本质上流经这些站点。全球最大的数据中心公司之一Equinix的首席商务官乔恩·林在弗吉尼亚州劳登县的一座Equinix设施里告诉我。在林身后,一个穿着绿色连帽衫的人正在摆弄一排嗡嗡作响、冰箱大小的机柜里的计算机芯片。这里没有窗户,既是为了安全,也是为了阻挡太阳的热量。当我们沿着机柜走廊行走时,感应灯照亮了道路。再往前,只有微弱的蓝光和闪烁的计算机设备穿透黑暗。

  自20世纪中期第一批数据中心建成以来,它们的用途一直没有改变:将计算机设备紧密地打包在一起,以尽可能高效地存储和发送信息。但它们的规模已经急剧扩大。最初的数据中心只是容纳大型机的大房间。随着20世纪90年代互联网的兴起,后台计算机让位于整栋建筑,比如我和林所在的这座——这些设施使我们能够流媒体电影、交易股票、存储医疗记录、管理供应链和做出军事决策。如今,AI竞赛需要更强大的计算能力,这导致了更大的数据中心,里面装满了更耗电、更发热的计算机芯片。

  在传统数据中心,机柜由工业风扇冷却——当我们走过Equinix设施时,我脸上能感觉到持续的微风——屋顶的冷却塔最终将热量排出。而生成式AI数据中心的机柜耗电量是传统机柜的几十倍。林向我展示了一排由Block公司(拥有Square和Cash App)使用的AI专用机柜,它们散发的热量足以让我出汗;为了冷却它们,水流入机柜内部芯片上方的特殊金属板。AI数据中心里满是类似的设备,冷却数千个机柜需要大量的水。例如,孟菲斯水务局的公共记录显示,巨像的地址仅9月份就使用了超过1100万加仑的水,相当于150户家庭一整年的用水量。当数据中心的冷却设备发生故障时,螺旋上升的热量加上潮湿的空气会产生一种罕见的气象现象:室内降雨。

  将服务器放在同一栋或相邻的建筑中,可以让它们无缝、快速地交换信息,而劳登县拥有世界上最密集的数据中心,已有199座在运营,另有30座在建。根据一份报告,全球13%的数据中心容量被挤在该县520平方英里的土地上。其中一个特别密集的区域被称为数据中心巷。

  弗吉尼亚州北部让我们得以一窥AI热潮可能给美国其他地区带来什么。劳登县已经没有空间了,但新的数据中心中心正在凤凰城、亚特兰大和达拉斯涌现。亚马逊和Meta分别在印第安纳州和路易斯安那州建设AI数据中心,每个都需要超过2吉瓦的电力,是标准设施的几十倍。OpenAI提议美国建立AI经济区:到处都是小劳登县。

  当我和皮埃蒙特环境委员会土地利用主任朱莉·博尔特豪斯开车进入数据中心巷时,她解释了如何区分数据中心和仓库:屋顶上的冷却塔,一侧的数十台备用柴油发电机,没有窗户(或者假窗户,装饰性玻璃面板后面是混凝土墙)。不过,这里似乎没有仓库,几分钟后我就放弃了数数据中心,无法分辨一个设施在哪里结束,另一个在哪里开始。博尔特豪斯帮助运营一个旨在减缓弗吉尼亚州各地数据中心发展的联盟,但在劳登县,为时已晚。杜勒斯国际机场以北有这么多数据中心正在建设中,新挖的土堆高耸在道路上方,橙色的灰尘染遍了空气。如果马斯克成功殖民火星,早期的地球化改造可能看起来就是这样。

  这个迷宫的设计师是巴迪·里泽,劳登县长期担任经济发展执行董事的人。里泽用监管和州税收优惠吸引数据中心,当我们在他的办公室见面时,他告诉我,自2009年以来,任何时候都至少有一座数据中心在建设中。数据中心通常只有几十名员工运营,但建设它们提供了稳定的就业来源。它们还贡献了该县近40%的预算,帮助为自2010年以来稳步增长的人口支付警察、学校和公园的费用。

  里泽说,在我们周围1.5英里半径内,有12座变电站:由金属杆和电线组成的小型丛林,将高压电转换成你用来给iPhone充电的电,或者在这种情况下,运行数据中心的电。我们周围到处都是高耸的电线杆,上面挂着高压输电线,将发电厂的原始电力输送到这些变电站;它们像树冠或蜘蛛网一样悬挂在劳登县上空。沿着任何一条电缆走足够远,你很可能会到达一个数据中心。

  未来几年,AI竞赛预计将成为美国电力需求每年增长约2%的主要驱动力,而美国电力需求已经停滞了近二十年。在全国范围内,这不是一场危机;但在地区层面,可能会是。弗吉尼亚州主要电力公司Dominion Energy预测,每年增长5.5%,到2039年总电力需求将翻一番。该公司发言人亚伦·鲁比告诉我,公司正准备满足这一激增需求,但他坦率地谈到了挑战:我们正在经历二战以来最大的电力需求增长。到本十年末,训练行业最强大的AI模型可能需要相当于数百万美国家庭的用电量。

  在中国,自2023年以来已宣布建设数百个数据中心,还计划在海底和沙漠中建设额外设施。中国在AI竞赛中的最大优势不是其软件工程师的才华或数据中心的数量,而是其丰富的能源:2024年,中国的发电量几乎相当于美国、欧洲和印度的总和。

  特朗普总统已宣布该国处于能源紧急状态,并明确表示需要建设更多发电厂,以便美国赢得AI竞赛。OpenAI的一位高管告诉我,美国需要动用一切可用资源——太阳能电池板、天然气涡轮机、核反应堆。而OpenAI的头号竞争对手Anthropic发布了一份报告,认为美国应该简化数据中心和发电厂的审批流程,以跟上中国的步伐。

  但互联网驱动的能源危机以前从未发生过:20世纪90年代,当劳登县铺设光纤电缆时,能源公司建设了更多的燃煤和燃气发电厂。挖更多煤——个人电脑来了。1999年《福布斯》的头条这样写道。当需求没有到来时,美国留下了过剩的天然气电厂和多家破产的能源公司。

  生成式AI热潮也可能被证明是一个泡沫。这项技术仍然非常昂贵,主要是因为先进计算机芯片的成本,而且没有一家AI公司提出了令人信服的商业模式。盈利的一条途径可能是更高效的算法——这将排除建设新天然气电厂的需要。如果AI最终没有像专家预测的那样成为一项变革性技术,大片数据中心可能会被闲置或未完工——成为一个从未到来的未来的废墟。

  在孟菲斯西南部的单层砖房后面,萨拉·格拉德尼种着西红柿,去年夏天藤蔓早早枯萎时,她心里有了一个嫌疑人。清晨起风的时候,我能闻到它。格拉德尼朝着巨像的方向点点头说。她的邻居玛丽莲·古奇告诉我,数据中心的涡轮机让她不确定是否应该让孙子们来做客。

  他们的社区博克斯敦,得名于以前被奴役的人用来建造房屋的铁路棚车,现在几乎完全是黑人社区。几乎所有重工业都建在附近——污水处理厂、炼油厂、燃煤电厂。巨像本身就在一家钢铁厂和一个卡车铁路场旁边,占据了一座旧烤箱厂的厂房。博克斯敦及周边地区的预期寿命比全国平均水平低5年以上,孟菲斯西南部的癌症风险是全国平均水平的4倍。我和基肖恩·皮尔逊闻到的可能不是巨像本身;xAI选择了一个被重工业重重包围的地区,该设施涡轮机的任何废气都会与弥漫的烟雾混合在一起。

  巨像建得太快了,以至于许多博克斯敦居民和民选官员直到项目进展顺利才知道发生了什么。建设于2024年5月开始,项目于次月宣布。格拉德尼、皮尔逊和他在田纳西州议会代表该地区的弟弟贾斯汀,都是在6月的那天才得知这个项目。到劳动节周末,也就是新闻发布会后不到三个月,巨像就上线运行了。

  该公司安装自己的燃气涡轮机是因为这比等待当地电网更快,并辩称不需要许可证,因为涡轮机将运行不到一年——南方环境法律中心代表全国有色人种协进会在一封威胁要起诉的信中对这一说法提出了异议。(xAI后来获得了15台涡轮机的许可证,据报道正在运行12台。)与此同时,居民报告说,自xAI入驻以来,他们的呼吸道疾病加重了。

  去年6月,孟菲斯市委托进行的一项分析发现,博克斯敦和另外两个测试点的污染物水平没有危险,南方环境法律中心批评了该研究的方法。田纳西大学诺克斯维尔分校的研究人员利用卫星数据发现,自巨像公开宣布以来,其附近的二氧化氮水平大幅升高——二氧化氮会导致烟雾,并与哮喘和其他呼吸道疾病有关。(xAI在其网站上表示,将安装技术来减少涡轮机的污染。该公司、谢尔比县卫生部门和孟菲斯市长办公室没有回复关于巨像环境影响和xAI在孟菲斯存在的一系列问题;大孟菲斯商会拒绝置评。)

  化石燃料已成为全国数据中心的默认选择。OpenAI在得克萨斯州的第一座星门数据中心也有自己的燃气发电厂。雪佛龙和埃克森美孚正试图将天然气设施直接接入数据中心,全球三大天然气涡轮机制造商都在宣传其产品是数据中心的便捷能源。亚利桑那州最大的公用事业公司亚利桑那公共服务公司资源规划总监迈克尔·尤吉尼斯告诉我,由于数据中心的需求,该公司正在增加比原本计划更多的化石燃料产能;天然气也将为微软、亚马逊和甲骨文的数据中心供电。

  2025年初,xAI的一家关联公司购买了巨像以南的一座前仓库和近200英亩土地,用于建设另一座数据中心——巨像二号。一个工作日的下午,工地附近的道路上交通拥挤——不是自卸卡车和叉车,而是在附近公立学校外排队接孩子的轿车。xAI的一家关联公司在密西西比州一英里外购买了一座退役的杜克能源电厂,很可能为这座设施供电,并申请在该场地运行41台天然气涡轮机。这些涡轮机每年的二氧化碳排放量可能超过圣何塞市。

  在哈里斯堡以南萨斯奎哈纳河的一个岛上,我看到了为AI热潮供电的另一种方式。在我上方耸立着四座米色的沙漏形建筑,每座约365英尺高:这是三里岛的冷却塔,美国历史上最严重核灾难的发生地。1979年3月28日,这座设施才建成几年,全国各地都在建设核反应堆。但一系列机械和人为错误导致其中一个反应堆(二号机组)的堆芯迅速过热并泄漏放射性物质。对人类健康和环境的影响微乎其微,但与七年后的切尔诺贝利灾难一起,这次部分堆芯熔毁使公众舆论强烈反对核能。

  三里岛的一号机组没有受损,在短暂暂停后继续运行,直到2019年。那时,天然气太便宜,监管环境太不友好,拥有一号机组的星座能源公司损失了数亿美元,无法继续运营该电厂。

  从来没有人成功重启过完全关闭的美国核电站,但在2024年秋天,星座能源公司宣布计划这样做。微软已同意在未来二十年从一号机组购买电力,为其数据中心供电,这一保证使星座能源公司能够花费16亿美元重启该电厂。这是AI时代的终极风向标:长期以来,专家们一直认为我们需要清洁的核能来减少电网现有的碳足迹。相反,三里岛将帮助抵消一家公司带来的新排放源。

  星座能源公司现在正在逆转其为反应堆退役所采取的步骤:更新许可证、恢复设备、重新培训人员。社区关系经理戴夫·马尔凯斯基在俯瞰核堆芯的会议室里向我解释了这一点,核堆芯所在的建筑看起来像一个大型粮仓。在他身后,一个时钟正在倒计时发射时间:650天0小时42分1秒。

  随着对无碳电力需求的日益迫切,美国人不得不再次正视核能,而AI热潮为该行业提供了富有的支持者和一大批科技啦啦队。Meta和亚马逊正在从大型核电站购买电力,几乎所有主要数据中心公司都在投资实验性核技术——特别是小型模块化反应堆,理论上这将使裂变更便宜、更容易部署。

  当然,核能也有其缺点。核废料具有放射性,必须几乎无限期地储存,而2011年日本福岛核电站的熔毁提醒人们,核反应堆可能会多么危险。但燃烧化石燃料带来的危险要紧迫得多。

  在三里岛,马尔凯斯基带我沿着走廊走进了实际的发电厂。地板和天花板上排列着管道、管子和笨重的机器;一个三叶形标志警告说,一个大罐可能含有放射性物质。电梯坏了,所以我们走了几层楼,来到体育场大小的房间,三里岛的所有电力都将从这里产生。一排淡绿色的半圆柱体周围散落着脚手架和集装箱。一旦电厂重启,相邻堆芯中分裂的铀原子将产生巨大的热量,将水蒸发成蒸汽,蒸汽将以每分钟1800转的速度旋转这些圆柱体内的叶片,从而产生数百兆瓦的电力。

  这一切将从附近的控制室进行协调,那里数百个灯和开关排列在暗绿色的墙壁上。值班经理比尔·普莱斯解释说,主面板的一半控制核堆芯,另一半控制涡轮机。中间是最重要的控制器:一个红色按钮用于关闭反应堆,上面还有一个相同的按钮作为备份。普莱斯说,在紧急情况下,你会两个都按。我把手指放在每个按钮上,按了下去。

  这里产生的少量电力将用于支持电厂本身。微软通过购电协议购买了剩余的电力,这是公司用来购买无碳电力以匹配其设施从电网中抽取的任何电力的一种机制。三里岛产生的电力将帮助抵消弗吉尼亚州和伊利诺伊州数据中心的能源使用;微软表示,它购买了足够的清洁能源来匹配其所有电力消耗,谷歌、亚马逊和Meta也是如此。这些公司还在投资水电、地热发电厂和太阳能电池板;谷歌正在探索在太空建设数据中心,以实现无云的太阳能接入。

  尽管如此,科技公司坚称,核能和其他清洁技术的部署速度不足以满足他们的需求。特朗普总统已签署行政命令,加快天然气和燃煤电厂的审批,以支持数据中心。然而,中国在AI竞赛中的能源优势来自核反应堆和太阳能电池板,而不是煤炭和石油;中国正在建设全球近三分之二的新太阳能和风能产能。

  由于谷歌和微软等公司的私人投资,美国仍有可能迎头赶上。美国计划中的大部分发电量将是无碳的,普林斯顿大学的詹金斯告诉我,用可再生能源为数据中心供电是可以做到的。与此同时,天然气涡轮机的订单已经排到了几年后,未来几年几乎不可能买到一台。

  目前,更明智地使用现有电源,而不是建设新电源,可能就是AI行业所需要的。电网是为高峰需求期设计的——夏季下午的制冷,冬季早晨的供暖——但大部分时间它们的运行远低于最大容量。杜克大学的研究人员表明,如果数据中心在其中一些高峰期减少用电量,将释放出足够的电力来容纳美国计划中的数据中心多年。谷歌和xAI已经签署了这样做的协议。

  这一战略将允许科技公司继续建设更多数据中心,而无需等待公用事业公司扩大电网。而时间,不是美元或电子,是AI行业的主要货币。谷歌、微软和他们的竞争对手有能力在没有近期财务回报的情况下花费历史性的资金,但他们不能落后于彼此。

  时间也是微软与三里岛交易的最大问题,重启需要数年时间。当我们离开设施时,马尔凯斯基带我向南,经过米色的塔楼,穿过笼罩在河面上的雾气。有一次,我们经过了一堆我开车上来时没有注意到的混凝土桶。马尔凯斯基告诉我,它们包含了一号机组45年运行产生的所有核废料。也许有一天,这样的桶也会排列在巨像和星门的周边。

  AI很可能会彻底改变人类的思维和工作方式,但它也在把我们推向另一个转折点。我们可以通过加倍依赖过去的能源系统来解锁这项技术的承诺,或者我们可以抓住这个机会,将电网推向无碳未来。要实现这一目标,一个喜欢以曲速前进的行业将不得不培养一种它严重缺乏的品质:耐心。

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