人工智能數(shù)據(jù)中心正在顛覆全球電力生產(chǎn)格局，現(xiàn)有電網(wǎng)的電力容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足正在建設(shè)的數(shù)據(jù)中心所需的能源量 —— 傳統(tǒng)的輸配電網(wǎng)絡(luò)效率低下，無(wú)法充分利用所有可用電力。據(jù)美國(guó)能源信息署 (EIA) 的數(shù)據(jù)，輸配電網(wǎng)絡(luò)的年平均損耗約為5%。在世界其他一些地區(qū)，這一損耗率甚至更高。因此，亞馬遜云服務(wù) (AWS)、谷歌云和微軟Azure等超大規(guī)模云服務(wù)提供商正在探索各種途徑來(lái)獲取更多電力并提高效率。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心受限于銅和鋁導(dǎo)線的物理特性，電流傳輸過(guò)程會(huì)產(chǎn)生電阻和熱量，導(dǎo)致能量損耗并限制傳輸容量。微軟發(fā)布博文，為應(yīng)對(duì)人工智能帶來(lái)的激增能耗需求，正探索高溫超導(dǎo) (HTS) 技術(shù)，有望重塑數(shù)據(jù)中心的電力基礎(chǔ)設(shè)施。

高溫超導(dǎo)技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)

HTS由超導(dǎo)材料制成，這種新型電纜比銅線更細(xì)更輕，傳輸電流時(shí)不會(huì)降低電壓，也不會(huì)產(chǎn)生熱量。這完美契合了人工智能數(shù)據(jù)中心的需求，它們需要在有限的空間內(nèi)承載巨大的電力負(fù)荷。此外，傳統(tǒng)電力擴(kuò)容通常需要建設(shè)大型架空線路和變電站會(huì)占用大量土地，而HTS輸電線路憑借極高的功率密度，可以采用更窄的地下溝槽進(jìn)行埋設(shè)，且運(yùn)行更安靜、更隱蔽。

HTS所需的變電站數(shù)量也會(huì)減少，微軟全球基礎(chǔ)設(shè)施總經(jīng)理Alistair Speirs稱下一代超導(dǎo)輸電線路在相同電壓等級(jí)下提供的容量比傳統(tǒng)線路高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，他表示：“由于超導(dǎo)體占用空間較小，卻能傳輸大量電力，因此它們可以幫助我們構(gòu)建更清潔、更緊湊的系統(tǒng)。”

高溫超導(dǎo)技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)在于“無(wú)損傳輸”：通過(guò)配套的高可用性低溫冷卻系統(tǒng)，在特定低溫下，HTS線纜能夠讓電流以零電阻狀態(tài)通過(guò)。相比傳統(tǒng)導(dǎo)體，這種特性消除了熱量堆積和電壓降，解除了傳輸距離與容量的限制。

微軟正與合作伙伴共同推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，其中包括向超導(dǎo)電力技術(shù)開(kāi)發(fā)商Veir投資7500萬(wàn)美元。Veir的導(dǎo)體采用高溫超導(dǎo)帶材，這種帶材最常用的是一種名為稀土鋇銅氧化物 (REBCO) 的材料。REBCO是一種陶瓷超導(dǎo)層，以薄膜的形式沉積在金屬基板上，然后加工成堅(jiān)固耐用的導(dǎo)體，最終可組裝成電力電纜。

微軟云運(yùn)營(yíng)與創(chuàng)新副總裁Judy Priest與合作伙伴Veir的首席技術(shù)官Erhan Karaca已共同進(jìn)行了3MW超導(dǎo)電纜的工廠測(cè)試。此外，微軟還在OCP 2025峰會(huì)上展示了全球首個(gè)由HTS供電的原型機(jī)架，驗(yàn)證了其在優(yōu)化機(jī)架和Pod級(jí)配電方面的潛力。

在實(shí)際測(cè)試中，HTS已證明能將向服務(wù)器機(jī)架供電的電纜尺寸縮小一個(gè)數(shù)量級(jí)。這意味著數(shù)據(jù)中心可以在現(xiàn)有的空間限制內(nèi)，支持更高密度的AI算力部署，而無(wú)需像過(guò)去那樣被迫擴(kuò)展變電站或增加饋線。

高溫超導(dǎo)電纜仍存在限制

值得注意的是，高溫超導(dǎo)電纜仍需在低溫環(huán)境下運(yùn)行，因此必須將冷卻系統(tǒng)集成到供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。Veir采用閉環(huán)液氮系統(tǒng)來(lái)維持較低的工作溫度：液氮在電纜內(nèi)循環(huán)，從遠(yuǎn)端流出，再次冷卻后，再循環(huán)回到起點(diǎn)。

但稀土材料、冷卻回路、低溫環(huán)境這些都會(huì)顯著增加成本。因此，高溫超導(dǎo)技術(shù)在絕大多數(shù)應(yīng)用中無(wú)法取代銅。只有在電力傳輸受到空間、重量、電壓降和散熱限制的情況下，高溫超導(dǎo)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)最為顯著。不過(guò)，目前超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商愿意投資開(kāi)發(fā)更高效的系統(tǒng)，他們正在權(quán)衡研發(fā)投入與廣泛提供人工智能服務(wù)可能帶來(lái)的收入。

微軟系統(tǒng)技術(shù)總監(jiān)Husam Alissa表示：“高溫超導(dǎo)制造技術(shù)已經(jīng)成熟，尤其是在卷帶方面，這提高了成本效益和供應(yīng)穩(wěn)定性。我們目前的重點(diǎn)是與合作伙伴一起驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)并降低其風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成。”