AI數據中心用上高溫超導：大廠追求更小空間、更大供電能力

人工智能數據中心正在徹底顛覆傳統電力行業格局。當前電網的供電能力，遠無法滿足海量新建AI數據中心的能源需求。而傳統輸配電網絡的效率不足，也難以充分利用現有電力資源。據美國能源信息署（EIA）數據，全球年均輸配電損耗約為5%，在部分地區這一比例還要高得多。因此，亞馬遜云科技、谷歌云、微軟Azure等超大規模云服務商，正通過各種途徑提升供電能力與能源利用效率。

以微軟為例，該公司正大力推廣高溫超導材料（HTS）替代傳統銅纜的潛在價值。微軟表示，高溫超導技術可通過降低輸電損耗提升能源效率，增強電網韌性，并通過縮減電力傳輸所需空間，減輕數據中心對周邊社區的影響。

微軟全球基礎設施事業部總經理Alastair Speirs在一篇博客文章中寫道：“由于超導體能在更小空間內傳輸超大功率，它有助于我們打造更清潔、更緊湊的系統（https://azure.microsoft.com/en-us/blog/can-high-temperature-superconductors-transform-the-power-infrastructure-of-datacenters/）。”

銅雖是優良導體，但電流在傳輸過程中會產生電阻，進而發熱、降低效率，并限制可傳輸的電流量。高溫超導體（HTS）在極大程度上消除了這一電阻因素，它由超導材料制成，并在低溫環境下運行。（盡管名為“高溫”超導體，其工作環境仍需極低溫度 —— 只不過相比傳統超導體，所需溫度已大幅提高。）

這樣制成的電纜比銅纜更細、更輕，輸電時無需降壓，也不會發熱。這非常契合AI數據中心的需求 —— 它們需要在極小占地內容納超大功率負載，同時還能減少變電站數量。Speirs表示，下一代超導輸電線路在相同電壓等級下，輸電容量比傳統線路高出一個數量級。

微軟正與合作伙伴共同推進這項技術，其中包括向超導電力技術開發商Veir投資7500萬美元。Veir的導體采用高溫超導帶材，最常見的是基于一類名為稀土鋇銅氧化物（REBCO）的材料。REBCO是一層陶瓷超導薄膜，沉積在金屬基底上，再加工成堅固的導體，可組裝成電力電纜。

Veir聯合創始人兼首席執行官Tim Heidel表示：“與銅或鋁的關鍵區別在于，在工作溫度下，超導層導電時幾乎沒有電阻，能夠以更緊湊的結構實現極高的電流密度。”

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高溫超導（HTS）電纜仍需在低溫環境下運行，因此冷卻系統必須融入電力傳輸系統的整體設計。Veir采用閉環液氮系統維持低溫工作狀態：氮氣在整條電纜中循環流動，從遠端流出后重新冷卻，再回流至起點。

Heidel表示：“液氮來源充足、成本低廉、使用安全，已在大量關鍵商業與工業領域大規模應用。我們借鑒其他行業中成熟的液氮應用經驗與標準，專為數據中心連續穩定運行設計解決方案，并配備符合關鍵基礎設施要求的監控與控制系統，而非僅停留在實驗室條件。”

高溫超導電纜的冷卻可在數據中心內部或外部實現。Heidel更傾向于外部冷卻，因為這能最大限度減少室內占地面積與運維復雜度。液氮管路接入數據中心為超導設備供冷，將電力輸送至所需位置，冷卻系統則與數據中心其他子系統統一管理。

稀土材料、冷卻循環、低溫環境 —— 這些都會大幅增加成本。因此，在絕大多數應用場景中，高溫超導（HTS）不會取代銅。Heidel表示，在供電能力受空間、重量、電壓降和散熱限制的場景下，其經濟性最具吸引力。

“在這些場景中，價值體現在系統層面：占地面積更小、電阻損耗更低、電力布線更靈活。隨著技術規模化，通過高溫超導帶材的量產與良率提升，以及周邊系統硬件、安裝規范和操作手冊的標準化，成本將會下降，同時降低設計復雜度與部署風險。”

人工智能數據中心，正成為這項技術理想的試驗場。超大規模云服務商愿意投入資金，研發更高效率的系統。他們可以在研發投入與廣泛提供AI服務所帶來的收益之間取得平衡。

微軟系統技術總監Husam Alissa表示：“高溫超導的制造技術已經成熟，尤其是在超導帶材方面，這改善了成本與供應穩定性。我們目前的重點，是與合作伙伴一起驗證這項技術并降低風險，聚焦于系統設計與集成。”