غول‌های ابری آمازون و آژور برای تأمین ظرفیت مراکز داده هوش مصنوعی به انرژی هسته‌ای روی می‌آورند

صنعت هوش مصنوعی با یک مشکل اساسی فیزیکی روبروست. آموزش مدل‌های زبان بزرگ پیشرو و ارائه خدمات به میلیاردها درخواست مولد، نیازمند تأمین عظیم و بدون وقفه برق است که زیرساخت‌های سنتی هرگز برای مدیریت آن طراحی نشده بودند. سال‌ها، سیلیکون ولی برای جبران ردپای کربن خود به خرید گواهی‌های انرژی تجدیدپذیر متکی بود و به غول‌های فناوری این امکان را می‌داد که در ظاهر ادعای عملیات بدون کربن خالص داشته باشند. با این حال، این مانور حسابداری یک واقعیت فیزیکی تلخ را پنهان می‌کرد: برق متناوب خورشیدی و بادی به سادگی نمی‌تواند تولید توان پایه ۲۴ ساعته و ۷ روز هفته مورد نیاز برای کارکرد بدون نقص مراکز داده فوق‌مقیاس را فراهم کند. با شتاب گرفتن رقابت تسلیحاتی هوش مصنوعی، توهم یک فضای ابری کاملاً تجدیدپذیر در حال فروپاشی است و این صنعت را مجبور می‌کند تا به دنبال منابع انرژی باشد که هم کاملاً بدون کربن و هم به طور مداوم قابل اعتماد باشند.[1]

پیش‌بینی می‌شود که تقاضای جهانی برق مراکز داده از ۴۶۰ تراوات ساعت در سال ۲۰۲۴ به بیش از ۱۳۰۰ تراوات ساعت تا سال ۲۰۳۵ افزایش یابد، که تقریباً به طور کامل ناشی از چگالی محاسباتی حجم کاری هوش مصنوعی است. یک مرکز داده هوش مصنوعی فوق‌مقیاس مدرن می‌تواند به راحتی بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ مگاوات برق پیوسته مصرف کند—تقریباً معادل کل مصرف برق یک شهر متوسط آمریکایی. بزرگترین ارائه‌دهندگان خدمات ابری جهان، در مواجهه با محدودیت‌های شدید شبکه، تأخیرهای چند ساله در انتقال و تعهدات بلندپروازانه خود برای کربن صفر خالص، به این نتیجه رسیده‌اند که تنها راه‌حل عملی برای تنگنای انرژی آن‌ها، فناوری‌ای است که در دهه ۱۹۵۰ اختراع شد. انرژی هسته‌ای یک شبه از یک بخش بسیار قانونمند و راکد، به محور اصلی استراتژی زیرساختی سیلیکون ولی تبدیل شده است.[1]

طی سال گذشته، شرکت‌های بزرگ فناوری بی‌سروصدا برای بیش از ۱۰ گیگاوات ظرفیت هسته‌ای جدید تنها در ایالات متحده قرارداد بسته‌اند. این هجوم بی‌سابقه سرمایه نشان‌دهنده یک تغییر بنیادی در استراتژی شرکتی است. غول‌های ابری مانند آمازون وب سرویسز (AWS)، مایکروسافت آژور و گوگل کلود دیگر صرفاً به عنوان ارائه‌دهندگان نرم‌افزار و زیرساخت عمل نمی‌کنند؛ آن‌ها فعالانه در حال تغییر شکل بازار جهانی انرژی هستند. این شرکت‌ها با تأمین مالی احیای نیروگاه‌های هسته‌ای خاموش و حمایت مالی از توسعه فناوری‌های راکتور نسل بعدی، در حال یکپارچه‌سازی عمودی زنجیره‌های تأمین انرژی خود هستند. آن‌ها از مصرف‌کنندگان منفعل انرژی که به شرکت‌های خدمات عمومی متکی بودند، به توسعه‌دهندگان زیرساخت فعالی تبدیل می‌شوند که مایلند ریسک‌های مالی عظیم انرژی اتمی را بپذیرند.[6]

مایکروسافت استراتژی‌ای را انتخاب کرده است که سرعت و زیرساخت‌های اثبات‌شده در اولویت آن قرار دارند و با اقدامی تاریخی برای احیای نماد گذشته هسته‌ای پیچیده آمریکا، خبرساز شده است. در یک توافق ۱۶ میلیارد دلاری مهم با شرکت کانسلتشن انرژی (Constellation Energy)، این غول نرم‌افزاری متعهد شد که ۱۰۰ درصد خروجی راکتور واحد ۱ تری مایل آیلند در پنسیلوانیا را خریداری کند. این تأسیسات ۸۳۵ مگاواتی، که دهه‌ها با خیال راحت کار می‌کرد و کاملاً از ذوب شدن جزئی بدنام واحد ۲ در سال ۱۹۷۹ جدا بود، قرار است در سال ۲۰۲۸ بازگشایی شود. پس از احیا، این تأسیسات به عنوان مرکز انرژی پاک کرین (Crane Clean Energy Center) تغییر نام خواهد داد و به طور کامل به تأمین انرژی خوشه‌های هوش مصنوعی در حال گسترش مایکروسافت اختصاص خواهد یافت.[5]

مایکروسافت با تضمین یک قرارداد خرید برق ۲۰ ساله عظیم، اطمینان درآمدی دقیقی را برای کانسلتشن انرژی فراهم کرد که برای توجیه سرمایه‌گذاری چند میلیارد دلاری مورد نیاز برای راه‌اندازی مجدد ضروری بود. این رویکرد عمل‌گرایانه، موانع نظارتی یک دهه‌ای، تنگناهای زنجیره تأمین و تأخیرهای ساخت و ساز را که معمولاً با ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای جدید از صفر همراه است، دور می‌زند. برای مایکروسافت، راه‌اندازی مجدد یک راکتور موجود و اثبات‌شده، مسیری نسبتاً سریع برای تأمین تقریباً یک گیگاوات برق پایدار و بدون کربن ارائه می‌دهد. این یک شرط‌بندی حساب‌شده است که سریع‌ترین راه برای حل بحران انرژی هوش مصنوعی، استفاده از زیرساخت‌های صنعتی سنگینی است که نسل قبلی به جا گذاشته است.[1]

در مقابل، آمازون استراتژی‌ای را دنبال می‌کند که بر مقیاس عظیم و کنترل فیزیکی مستقیم بر تأمین برق خود متمرکز است. AWS با خرید یک پردیس مرکز داده گسترده در مجاورت ایستگاه برق بخار ساسکوهانا (Susquehanna Steam Electric Station) در پنسیلوانیا از شرکت تالن انرژی (Talen Energy) به قیمت ۶۵۰ میلیون دلار، چرخش هسته‌ای خود را آغاز کرد. آمازون به جای توقف در خرید اولیه، متعاقباً یک برنامه سرمایه‌گذاری ۲۰ میلیارد دلاری خیره‌کننده را برای تبدیل این سایت به یک پردیس اختصاصی و پیشرفته هوش مصنوعی اعلام کرد. این تأسیسات مستقیماً توسط نیروگاه هسته‌ای معمولی ۲.۵ گیگاواتی تأمین انرژی خواهد شد و الکترون‌ها را مستقیماً از راکتور به قفسه‌های سرور هدایت می‌کند، بدون اینکه هرگز با شبکه عمومی تماس پیدا کنند.[5][6]

این مدل اتصال مستقیم «پشت کنتور» به آمازون اجازه می‌دهد تا به طور کامل شبکه‌های انتقال منطقه‌ای شلوغ را دور بزند. AWS با قرار دادن زیرساخت‌های محاسباتی خود مستقیماً در کنار تولید پایدار، از تنگناهای انتقال، کمبود پست‌های برق و تأخیرهای ارتقاء تأسیسات عمومی که به طور فزاینده‌ای استقرار مراکز داده را در سراسر کشور متوقف می‌کنند، اجتناب می‌کند. آمازون با امضای یک توافق‌نامه بلندمدت با تالن انرژی برای خرید حداکثر ۱۹۲۰ مگاوات برق بدون کربن تا سال ۲۰۴۲، این استراتژی را تثبیت کرد. در عصری که نزدیکی به برق در حال تبدیل شدن به یک مزیت رقابتی حیاتی است، آمازون تضمین می‌کند که زیرساخت هوش مصنوعی آن دسترسی اولویت‌دار به منبع نهایی توان پایه داشته باشد.[1][3]

فراتر از استفاده از راکتورهای معمولی موجود، غول‌های ابری به شدت در حال یارانه دادن به مرزهای تجربی انرژی اتمی هستند: راکتورهای مدولار کوچک (SMRs). SMRها راکتورهای هسته‌ای پیشرفته‌ای هستند که برای تولید در کارخانه‌های متمرکز و ارسال به سایت‌ها برای مونتاژ مدولار طراحی شده‌اند. از لحاظ تئوری، این رویکرد به طور چشمگیری هزینه‌های سرسام‌آور سرمایه، الزامات مهندسی سفارشی و زمان‌بندی‌های ساخت و ساز فلج‌کننده را که پروژه‌های هسته‌ای سنتی در مقیاس بزرگ را آزار داده‌اند، کاهش خواهد داد. صنعت فناوری با کوچک کردن ابعاد فیزیکی و استانداردسازی قطعات، امیدوار است راکتورهای هسته‌ای را به محصولات مقیاس‌پذیر و قابل استقرار تبدیل کند، نه مگاپروژه‌های مهندسی عمران سفارشی چند میلیارد دلاری.[4][5]

آمازون به طور تهاجمی خود را در خط مقدم این فشار SMR قرار داده و بیش از ۵۰۰ میلیون دلار برای رهبری یک دور سرمایه‌گذاری در شرکت ایکس-انرژی (X-energy)، توسعه‌دهنده راکتورهای پیشرفته با خنک‌کننده گازی با دمای بالا، متعهد شده است. در ایالت واشنگتن، AWS مستقیماً با شرکت برق منطقه‌ای انرژی نورث‌وست (Energy Northwest) برای استقرار حداکثر ۱۲ راکتور مدولار ایکس-انرژی در تأسیسات جدید انرژی پیشرفته کاسکید (Cascade Advanced Energy Facility) همکاری می‌کند. هدف این پروژه بلندپروازانه تولید ۹۶۰ مگاوات برق تا اوایل دهه ۲۰۳۰ است. آمازون با حمایت از چندین ماژول SMR، نقاط تکی شکست ذاتی در نیروگاه‌های معمولی عظیم را حذف می‌کند و یک شبکه برق انعطاف‌پذیر و توزیع‌شده را می‌سازد که به طور خاص برای محاسبات در مقیاس صنعتی طراحی شده است.[2][3]

گوگل رویکردی مشابه و آینده‌نگرانه را در پیش گرفته و نوآوری عمیق تکنولوژیکی را بر استقرار فوری اولویت داده است. این غول جستجو یک توافق‌نامه مهم با کایروس پاور (Kairos Power) برای استقرار مجموعه‌ای از SMRهای نمک مذاب آزمایشی امضا کرد که ظرفیت ۵۰۰ مگاوات را بین سال‌های ۲۰۳۰ تا ۲۰۳۵ هدف قرار داده است. برخلاف راکتورهای معمولی که برای خنک‌سازی به آب تحت فشار بالا متکی هستند، طراحی نوین کایروس از نمک فلوراید مذاب همراه با سوخت سرامیکی از نوع سنگریزه استفاده می‌کند. این سیستم در فشارهای پایین کار می‌کند و مزایای ایمنی ذاتی و مبتنی بر فیزیک را ارائه می‌دهد که از لحاظ تئوری ذوب شدن هسته را غیرممکن می‌سازد. تمایل گوگل به حمایت از فناوری‌ای که هرگز به صورت تجاری مستقر نشده است، نشان‌دهنده استیصال این صنعت برای انرژی پاک مقیاس‌پذیر است.[5]

نکته جالب توجه این است که همگرایی هوش مصنوعی و انرژی هسته‌ای به شدت همزیستی پیدا کرده است. در حالی که انرژی هسته‌ای برای تأمین سوخت مراکز داده هوش مصنوعی مورد نیاز است، اکنون هوش مصنوعی به طور فعال برای تسریع فرآیند توسعه هسته‌ای که به کندی مشهور است، به کار گرفته می‌شود. مایکروسافت و انویدیا اخیراً یک طرح مشترک راه‌اندازی کرده‌اند که از هوش مصنوعی مولد و شبیه‌سازی‌های دوقلوی دیجیتال برای ساده‌سازی چرخه عمر پیچیده هسته‌ای، از صدور مجوز اولیه تا عملیات روزانه، استفاده می‌کند. غول‌های فناوری عملاً از پیشرفت‌های محاسباتی خود برای حل تنگناهای زیرساختی که مانع گسترش فیزیکی آن‌ها می‌شود، استفاده می‌کنند.[2]

از لحاظ تاریخی، صدور مجوز برای طراحی یک راکتور جدید در ایالات متحده شامل ده‌ها هزار صفحه اسناد نظارتی، داده‌های مهندسی پراکنده و سال‌ها بررسی بوروکراتیک دستی است. توسعه‌دهندگان با به کارگیری مدل‌های زبان بزرگ تخصصی برای تهیه پیش‌نویس این اسناد عظیم و انجام تحلیل‌های شکاف خودکار، می‌توانند اصطکاک نظارتی را به شدت کاهش دهند. شرکت استارتاپی آلو آتومیکس (Aalo Atomics) مستقر در آستین، اخیراً گزارش داده است که حجم کاری فرآیند صدور مجوز خود را با استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی مولد مایکروسافت، به میزان شگفت‌انگیز ۹۲ درصد کاهش داده است. این تسریع نه تنها سال‌ها از زمان‌بندی استقرار می‌کاهد، بلکه سالانه حدود ۸۰ میلیون دلار در هزینه‌های اداری و حقوقی صرفه‌جویی می‌کند.[2]

علاوه بر این، از پلتفرم امنیورس (Omniverse) انویدیا برای ایجاد شبیه‌سازی‌های دوقلوی دیجیتال ۴ بعدی و ۵ بعدی با دقت بالا از نیروگاه‌های هسته‌ای، مدت‌ها قبل از شروع ساخت و ساز، استفاده می‌شود. این فناوری به مهندسان اجازه می‌دهد تا کل تأسیسات را به صورت مجازی بسازند و زمان‌بندی و ردیابی هزینه را به مدل‌های فضایی سه‌بعدی استاندارد اضافه کنند. تیم‌های ساخت و ساز با ردیابی پیشرفت فیزیکی در برابر طرح دیجیتال، می‌توانند برخوردهای برنامه‌ریزی را زودتر تشخیص دهند و اثرات پایین‌دستی تغییرات طراحی را مدل‌سازی کنند. هدف این است که فرآیند ساخت و ساز به صورت مجازی بهینه شود و خطر افزایش هزینه‌های چند میلیارد دلاری که از لحاظ تاریخی صنعت هسته‌ای غرب را فلج کرده است، کاهش یابد.[2]

با وجود هجوم بی‌سابقه سرمایه فناوری و بهینه‌سازی مبتنی بر هوش مصنوعی، عدم قطعیت‌های قابل توجهی باقی مانده است. دوام تجاری راکتورهای مدولار کوچک در مقیاس، کاملاً اثبات نشده است. هنوز باید تأسیسات ساخت کارخانه‌ای ساخته شوند، زنجیره‌های تأمین کاملاً جدید برای سوخت‌های پیشرفته مانند اورانیوم با غنای پایین و عیار بالا (HALEU) باید ایجاد شوند، و کمیسیون تنظیم مقررات هسته‌ای ایالات متحده باید طرح‌های راکتور نوینی را تأیید کند که از دهه‌ها سابقه خنک‌سازی با آب منحرف می‌شوند. صنعت فناوری میلیاردها دلار شرط بسته است بر اساس جدول زمانی‌ای که فرض می‌کند این راکتورهای آزمایشی بدون تأخیرهایی که معمولاً مهندسی هسته‌ای را آزار می‌دهند، به آرامی از نمونه‌های آزمایشگاهی به استقرار تجاری منتقل خواهند شد.[2][6]

هزینه یک متغیر اصلی و حل نشده دیگر باقی می‌ماند. در حالی که تخمین زده می‌شود استراتژی مایکروسافت برای راه‌اندازی مجدد تری مایل آیلند نسبتاً کارآمد و با هزینه ۱۹۰۰ دلار به ازای هر کیلووات ظرفیت باشد، ساخت SMRهای جدید می‌تواند بین ۶۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ دلار به ازای هر کیلووات هزینه داشته باشد که نشان‌دهنده هزینه‌های بالای سرمایه برای اولین استقرار از نوع خود است. این الزامات سرمایه‌ای بالا به این معنی است که انرژی هسته‌ای نسبت به تولید گاز طبیعی، حق بیمه قابل توجهی خواهد داشت. این حق بیمه در حال حاضر تنها با الزامات سختگیرانه کربن صفر هایپراسکیلرها و نیاز مبرم و غیرقابل انعطاف آن‌ها به قابلیت اطمینان مطلق ۲۴/۷ قابل توجیه است.[5]

در نهایت، استقبال صنعت فناوری از انرژی هسته‌ای نشان‌دهنده یک اذعان عمل‌گرایانه و پرمخاطره به محدودیت‌های فیزیکی است. اقتصاد دیجیتال نمی‌تواند به طور نامحدود بر روی یک شبکه شکننده و وابسته به آب و هوا گسترش یابد. ارائه‌دهندگان خدمات ابری با یکپارچه‌سازی عمودی زنجیره‌های تأمین انرژی خود، دور زدن شرکت‌های خدمات عمومی سنتی و حمایت مالی از نسل بعدی فناوری اتمی، سرنوشت خود را به دست گرفته‌اند. آن‌ها تضمین می‌کنند که انقلاب هوش مصنوعی توسط متراکم‌ترین و قابل اعتمادترین منبع سوخت روی کره زمین تأمین شود—و در این فرآیند، مسیر زیرساخت انرژی جهانی را به طور اساسی تغییر می‌دهند.[1]