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为何说AI的尽头是能源?

来源:科普中国2026-09-10 15:38

  写在前面

  从语言大模型到具身智能机器人,人工智能(AI,Artificial Intelligence)正在从数字虚拟世界走向物理现实。算法迭代、算力扩容、智能体落地的背后,隐藏着一条极易被忽视的底层约束:能源供给能力。持续、稳定、低碳的电力支撑,是大模型、人形机器人、自动驾驶系统持续运行的必要保障。那么为何说AI的尽头是能源?它的用电特性与我们熟知的钢铁冶炼、新能源汽车等高耗电领域又有什么区别?

  一、AI到底有多费电?

  从底层原理来看,人工智能能力的迭代升级,离不开硬件载体的性能突破与大模型算法的迭代演进。芯片硬件构成AI运行的物理基座,大模型算法定义计算的任务规模,二者共同决定了人工智能的能源消耗水平。硬件算力上限约束模型能力边界,而模型复杂度提升又反向倒逼硬件算力扩容,双向驱动之下,能源消耗成为AI发展绕不开的客观现实。

  从物理层面来讲,AI所有智能输出,本质都是芯片内部海量晶体管0、1二进制比特的逻辑翻转。每一次比特状态切换,必然产生电能损耗。大模型海量参数带来亿万级矩阵运算,每一轮训练、推理都要触发巨量的0-1状态翻转;叠加大规模芯片并行工作,无数微小的单次功耗累积放大,最终形成智算场景下巨大的整体耗电量。

  从硬件层面看,AI芯片是高功耗“用电单元”。传统CPU峰值功耗多为几十瓦,而面向大模型训练的AI加速芯片(以英伟达NVIDIA H100为例)单卡峰值功耗可超700瓦,能耗是普通处理器10倍以上。一座万卡级智算集群,仅芯片峰值功率就达7兆瓦,相当于数千户家庭全天用电量。

  从模型运行看,训练与推理形成持续能耗闭环。AI 生命周期分为训练与推理两大耗能环节。在大模型预训练阶段,176B参数BLOOM模型完整训练消耗43.3万度电,产生24.69吨二氧化碳排放[1];GPT-3训练总能耗达1287兆瓦时,碳排放超550吨[2]。在常态化推理阶段,行业数据显示,AI产业80%算力消耗来自日常用户交互推理[3]。对比传统互联网服务,生成式AI的推理能耗显著更高:早期ChatGPT单次问答耗电量约为普通网页搜索的倍[4][5];即便是经过深度算法与硬件优化的谷歌Gemini模型,单条文本问答仍需消耗0.24瓦时电力[6]。海量用户全天候并发调用下,微小的单条能耗持续累积,推动AI整体能耗规模呈指数级持续增长。根据中国信息通信研究院《绿色算力发展研究报告 (2025)》,2012-2020年间AI训练算力需求增长超30万倍,而GPT-5预计计算量将达到GPT-3的200-400倍8,大模型训练单次千兆瓦时级的电力需求成为常态[7]。

  二、为什么说能源决定AI能走多远?

  不少人会产生一个直观疑问:钢铁冶炼、新能源汽车、城市轨道交通都属于高耗电领域,是不是任意高耗能产业都能套用“XX的尽头是能源”这一说法?从表层用电行为来看,各类产业确实都离不开电力供给,但人工智能和传统用电行业存在本质鸿沟。

  一是能耗增长的速度完全不同:线性缓增 VS 非线性跃升。绝大多数传统用电行业,其能耗增长与产出规模呈近似线性关系。例如,在钢铁冶炼行业,产量翻倍通常意味着冶炼电耗同步增长约一倍。这种缓慢、可预期的增长,为电网的提前规划与扩容留出了充足时间。然而,AI产业的能耗增长逻辑则截然不同。AI模型遵循“规模定律”(Scaling Law),其性能提升依赖于参数量的激增。参数量从亿级跨越到万亿级,迫使算力需求呈现指数级膨胀,这种膨胀最终导致电力消耗发生剧烈的非线性跃升。普通行业的电网改造周期尚能匹配其能耗增速,但AI算力集群的电力需求增速,正在硬生生地撞上新能源建设与输变电工程的物理天花板。能源不再只是“成本项”,而是制约算力扩张的瓶颈,这是其他产业从未面临过的结构性矛盾。

  二是负荷特性差异:间歇可调负荷 VS 7×24小时恒定峰值负荷。传统高耗能产业普遍支持错峰生产、停工减负,具备极强用电弹性。例如,冶炼工厂可夜间低谷电价生产,白天限产降低电网压力;地铁、公交仅早晚高峰满负荷,其余时段低功耗运行;普通企业机房夜间访问量下降,可关停闲置服务器降低耗电。而AI则呈现出截然不同的负荷需求,其用电场景分为两类刚性消耗:

  第一类是大模型训练。上万块GPU必须连续满负荷运行数周乃至数月,中途任何断电或降载都会打断训练进程,轻则导致checkpoint(检查点)回滚浪费数天算力,重则造成数据损坏、前期投入全部作废。这种场景下,能源供给必须是“不间断且足额”的,不存在“白天少跑点、晚上多跑点”的调度余地。

  第二类是全民实时推理。AI聊天、图像生成、自动驾驶感知、城市AI监控等应用面向全社会不间断提供服务。虽然用户活跃度存在昼夜波动,但推理集群无法像传统机房那样在低谷期大规模关停省电,因为用户请求的到达具有突发性和不可预测性,且大模型推理对延迟极其敏感,任何冷启动或算力缩容都会直接表现为响应卡顿、服务质量下降。更关键的是,头部厂商为保障用户体验,常年维持的在线算力已逼近峰值需求,低峰期可释放的冗余微乎其微。简单来说:其他行业能靠“停工省电”缓解能源压力,AI一旦降低电力供给,业务直接停摆,无折中方案。

  三是发展目标上限差异:传统产业有物理产能上限,AGI的演进目标是持续迭代。所有实体制造业存在物理产能天花板,一座钢厂年产量受高炉容积限制、一条汽车产线年交付量受流水线长度约束,能耗随产能同步触顶,不会无限扩张。而AI 演进的目标是通用人工智能(AGI,Artificial General Intelligence),通过持续迭代、不断增强理解能力、多模态交互、自主规划、跨场景协同等能力,每一轮能力升级都需要大量叠加算力。传统产业发展到一定规模会自然放缓能耗增长,AI只要技术迭代,能源需求就会持续,只能依靠能源体系扩容来承接。

  三、AI能帮能源行业做什么?

  很多人以为,“AI的尽头是能源”就是一句悲观的警告。这个理解只对了一半。AI确实是个“电老虎”。但如果我们只盯着它的消耗,就忽略了更重要的另一面:AI也在帮能源行业变得更聪明、更高效。就像一个人虽然饭量大,但他同时也在帮家里种地、做饭,让全家吃得更饱。

  具体怎么帮?

  一是帮新能源“看天吃饭”。风电、光伏靠天吃饭,风小了、云厚了,发电量就波动。过去电网只能被动应对,现在AI气象模型能精准预测未来几小时的发电量,提前调度火电、水电补位。中国华电在陕西的风光场站应用AI预测后,月准确率最高达91%[8],弃风弃光大幅减少,相当于把浪费掉的“绿电”捡了回来。

  二是帮电网“精打细算”。AI可以像“智能管家”一样,实时匹配算力中心和绿电的供需。哪里风大、阳光足,就把计算任务调度到哪里;哪里用电紧张,就提前安排储能放电。

  三是帮全社会“省电”。数据中心里最费电的不是服务器,而是给服务器降温的空调。AI自动调节制冷策略,能把数据中心的能效做到极致。像中金数据乌兰察布基地,通过AI调度自有绿电和储能,年自发自用绿电达8.5亿千瓦时,项目能效指标PUE(Power Usage Effectiveness,电能利用效率)低于1.2[9],远低于行业平均水平1.5,实现了能效的大幅提升。

  AI和能源的关系,就像骑自行车,左脚踩下去是消耗,右脚踩下去是回馈,谁也离不开谁。国家能源局已经发布了51个“AI+能源”试点场景[10],25家能源央企一起开放场景让AI去“练兵”。

  所以,说“AI的尽头是能源”,不是让AI停下来别发展了,而是在说:AI和能源必须一起往前跑,相互托举,才能跑得远。这才是这句话的完整意思。

  结语

  从理论层面看,算法可以无限迭代、数据可以持续积累,但地球上可开发的能源、电网承载能力、储能容量存在客观物理上限。人工智能从单大模型,走向具身机器人、全域智能体、全域数字孪生的终极形态,全程离不开持续、海量、低碳的能源供给。

  所谓“AI 的尽头是能源”,并非否定算法、芯片、数据的价值,而是揭示产业底层客观规律:算力、算法定义 AI 的能力上限,而能源供给定义 AI 的发展边界。未来人工智能产业的长期竞争,终将落脚于清洁能源开发、新型储能、智能电网、算电协同体系的综合比拼。

  【参考文献】

  [1] Alexandra Sasha Luccioni et al. Estimating the Carbon Footprint of BLOOM, a 176B Parameter Language Model[J]. Journal of Machine Learning Research, 2023. arXiv:2211.02001.

  [2] PATTERSON D, GONZALEZ J, LE Q V, etc. Carbon Emissions and Large Neural Network Training [R]. arXiv :2104.10350, 2021.

  [3] Kanerika Analytics. AI Compute Cost & Lifecycle Energy Report 2025 [R]. London: Kanerika, 2025.

  [4] Electric Power Research Institute. Generative AI Power Consumption Benchmark [R]. 帕洛阿尔托:美国电力研究院,2023.

  [5] Brookings Institution. The Hidden Energy Footprint of Generative AI [R]. 华盛顿:布鲁金斯学会,2024.

  [6] Elworth C, Haan K, Schröder I, et al. Measuring the Environmental Impact of Delivering AI at Google Scale [R]. arXiv preprint arXiv:2508.15734, 2025.

  [7] 中国信息通信研究院,内蒙古和林格尔新区管委会。绿色算力发展研究报告 (2025)[R]. 北京:中国信息通信研究院,2025.

  [8] 中国能源新闻网2025年11月28日的报道《中国华电自主研发集中功率预测系统在陕西区域全面投用》

  [9] 中国能源新闻网2026年6月17日报道《数据中心如降低综合用电成本?》

  [10] 国家能源局《关于发布“人工智能+”能源高价值场景清单和组织开展试点申报工作的通知》(国能综通科技〔2026〕50号)

  作者:韩研 中国移动设计院网络所研究总监

     辛天鹏 中国移动设计院网络所咨询设计师

     肖子玉 中国移动设计院科技创新部专业总师兼绿色低碳办公室总师

  审核:李楠 中国移动设计院科技创新部副总经理兼绿色低碳办公室主任

  策划:阎冬 陈昊

  出品:科普中国×中国移动科学技术协会

[ 责编:肖春芳 ]
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