AI 擴張正在撐爆電網，7 個你必須知道的能源投資邏輯

作者：Joseph Ayoub

編譯：深潮 TechFlow

所有人都在討論算力和模型，但這篇文章提出了一個更根本的問題：能源供應跟得上嗎？ 摩根士丹利預測 2028 年美國將面臨 45GW 電力缺口，大型變壓器交貨週期已達 24 至 36 個月，而 AI 資料中心的耗電量每年以 15%的速度成長。 作者由此推導出 7 個投資邏輯，從電網分裂到固態變壓器到兩相冷卻，角度冷門但關鍵。

全文如下：

英伟达最近发布了"AI 是一块五层蛋糕"的框架。 今天我要论证，能源层才是智能增长的绑定约束，并探讨其后果。

人類文明的進步，是我們駕馭工具能力的結果──無論是鐵鎚、火、馬、印刷機、電話、燈泡、蒸氣機、收音機，或是 AI。 这些"工具"是人类将能源转化为生产力的方式。

从根本上说，我们正是通过捕获能量、用工具将其导向目标，来提升人类生产力的。

簡而言之，人類文明進步的核心邏輯如下：

在人類歷史的大部分時間裡，人類依靠人體能量和雙手作為推進目標的工具，無論是耕種還是書寫。 印刷机是能源与工具如何协同进步的典型案例——1440 年由古腾堡推广普及。 在这项创新之前，人类消耗自身能量，用笔（工具）手写信息，极度低效。 印刷機創新了新工具，透過機械壓印文字大幅提升了人體能量的利用效率，生產力因此提升了數個量級。 然而，从 1450 年到 1800 年，近 350 年间印刷机几乎没有实质性创新。 直到人類駕馭了更強大的能源——煤炭，才改變了等式的能量側。 1814 年，Friedrich Koenig 發明了蒸汽驅動印刷機，將印刷機適配到當時主導的能源創新——煤炭，效率提高了 5 倍。 此后，印刷机持续高效适配新能源，产量从每小时 250 份增长到 50 年后的 30,000 份，今天已达数百万份。

於是，不斷創新新工具、突破能源駕馭邊界、提升新工具相對於可用能源的效率——這一持續過程延續至今。 今天，智慧是我們聚焦的新生產力形態，能源是它的燃料。 關鍵在於，我們能否持續推動智慧成長，取決於我們能生產多少永續、可靠的能源來驅動工具（GPU），並將其導向目標（智慧）。

這個論題與卡爾達肖夫量表相互印證－後者透過一個文明能夠駕馭多少能量來衡量其技術進步水平，從行星到恆星到星係到宇宙再到多重宇宙。 我们能驾驭多少能量，标志着我们作为文明进步了多远。 歷史上，這項規律始終成立，未來也不例外。 驾驭能源的能力，是推进文明的根本。

本文的核心论点是：能源需求正在迅速超越供给，这是推进智能的首要瓶颈。 我将探讨这一论点的一级和二级影响。

為什麼能源供給在放緩？

核分裂發現於 1939 年，是迄今為止自人類文明誕生以來，我們所建立的最後一次能源領域的重大轉變。 然而，由於切爾諾貝利事故和全球從核能轉向再生能源的承諾，自 1950 年以來，工具創新與能源進步之間出現了明顯的錯配。 1950 年全球能源生产为 2600GW，今天为 19000GW（增长 7.3 倍）。 這看似是個飛躍，但這種漸進的線性成長遠遠無法匹配現代運算和技術的成長，甚至僅勉強超過同期 3.5 倍的人口成長。

相較之下，工具創新量子躍遷之間的間隔正在縮短。 第一台印刷機到其下一次重大改進歷時 364 年，第一次飛行到太空旅行歷時 58 年，第一個微處理器到互聯網歷時 20 年，而今天 GPU 的重大躍升每 2 年發生一次。 我們正生活在不斷加速的工具效率提升窗口中，以至於多項創新在持續加快的周期中相互疊加。 從 AI 到密碼學再到量子運算，新創新被發現的速度越來越快，其效率進步也越來越迅猛——這就是加速回報定律。

今天，資料中心佔全球電力消耗的 1.5%，預計到 2030 年將達到 3%——6 年內實現了蒸汽機花了 50 年才走完的路程。 工業革命與當前智慧爆炸的關鍵差異在於：工業革命在需求成長的同時同步建造了自己的能源供應——煤礦、運河、鐵路網與消耗它們的機器同步擴張。 每一次先前的能源革命都在規模擴張的同時建立了自己的供應鏈；AI 繼承的是一個現有的供應鏈，而這個供應鏈已經開始崩裂。

電網根本沒有準備好應對每年耗電成長 15%的智慧爆炸，而美國電力需求在過去十年幾乎零成長。 裂縫已經開始在美國顯現：電網接入隊列創歷史最長，大型變壓器交貨時間已平均達到 24 至 36 個月，2025 年電力變壓器面臨 30%的供給缺口。 摩根士丹利估計，光是美國一國到 2028 年就將面臨 45GW 的電力缺口，相當於 3,300 萬美國家庭的用電需求。 我认为这个缺口可能远不止于此。

問題很清楚：人類需要激進地擴大能源規模，才能跟上 AI、機器人、自動駕駛等領域的創新躍遷。

即將到來的能源缺口：一級與二級影響

即將到來的能源缺口的後果具有歷史意義：隨著能源需求飆升而供給不足，我們可能將看到準私有化能源市場的出現。

超大規模雲端服務商（Hyperscaler）已經開始自建表後（BTM）發電設施，並計畫擴展到核動力資料中心，這一趨勢初見端倪。 我相信这一趋势只会愈发明显。

以下我提出 7 個論點，都是智慧爆炸及其對持續緊張的電力供給影響的衍生物。

論點一：電網分裂－算力將向能源遷移，而非反過來

在鄰近推理需求的地區，能源充裕、監管寬鬆的司法管轄區將隨著能源系統碎片化而獲取不成比例的價值。

當能源需求開始超過供給，電力將變得政治敏感。 家庭有投票权，数据中心没有。 在能源缺口下，電網不太可能保持中立，而是會透過定價、存取限製或軟性上限，將居民用電需求置於工業用電之上。

鑑於算力對延遲、線上時間和可靠性極度敏感，在優先保障住宅用電的司法管轄區運作根本不可行。 隨著電網存取變得不穩定或政治化，算力工作負載將遷移至表後（BTM）發電模式，在那裡，電力可以直接保障、控制和定價。

這將驅動一場結構性轉變：算力遷向能源充裕、管制寬鬆的經濟體。 贏家是那些能夠將土地、互聯互通、能源發電和光纖整合成可部署、可複製系統的主體，這些系統所在的司法管轄區也將從中受益。

論點二：能源成為競爭護城河，BTM 自發電成為區分算力提供者的核心能力

在我看來，這是能源缺口加劇最關鍵的一階影響。 在能源需求超過供給的世界裡，取得廉價可靠電力是一種隨時間複利成長的結構性成本優勢。 不僅如此，資料中心優先佔用電網電力在政治上是不可持續的，而這正是當前能源走向的軌跡。 國家供電電網日益緊張，將迫使算力供應商自建電力，超大規模雲端服務商已經開始了這個趨勢。 沒有 BTM 發電的基礎設施將直接被淘汰。

本質上，擁有電力的公司贏，租用電力的公司輸。 沒有 BTM 發電，算力提供者將面臨電力可靠性問題（致命的）、成本上升和用電限制。 沒有自有發電的純託管 REIT（如 Equinix、Digital Realty）相對於垂直整合營運商價值下降。 將能源發電與算力託管結合的公司正在建造最深的護城河（Crusoe、Iren 及部分超大規模雲端服務商）。 這可以表達為多空交易，但我更傾向於在此強調垂直整合的贏家。

論點三：BTM 標準化催生創新－從傳統變壓器到固態變壓器，從傳統開關設備到數位開關設備

傳統變壓器到固態變壓器，從傳統開關設備到數位開關設備

傳統變壓器對交流電網電力升壓或降壓。 由於其規模和材料，交貨時間已達 24 至 36 個月，且存在 30%的供給缺口。 它們也是一種 19 世紀 80 年代的技術，圍​​繞著受限材料手工製造。 關鍵在於，每兆瓦的 BTM 發電都必須經過轉換、調節和配送到算力端，變壓器沒有任何繞過方式。

固態變壓器以高頻電力電子元件取代了這一切。 它更小、更快、完全可控，在單一單元內處理交流-直流轉換、電壓調節和雙向電流。 製造也更簡單，依賴碳化矽/氮化鎵等矽功率半導體，而非巨大的銅繞組和充油槽。 隨著 BTM 成為標準架構，能源與算力之間的設備變成瓶頸，那個設備就是固態變壓器（SST）。

開關設備同樣面臨 80 週的延遲，是發電與負載之間的控制層，負責路由電力、隔離故障、保護系統。 與變壓器一樣，開關設備也是勞動密集型產品，圍繞著受限材料製造，自 19 世紀 80 年代以來幾乎未改變。

數位開關設備用固態電力電子裝置取代了這一切。 更快、可程式化、完全可控，實現即時故障檢測、遠端隔離和動態負載路由。 同樣重要的是，它像電子產品一樣擴展，而不是工業設備。

關於銅的附帶說明：我對銅持建設性看法。 銅是電子的高速公路，將是日益電氣化世界中所需的首要大宗商品。 然而，這個交易的表達方式是微妙的——傳統礦企作為交易，利潤率低且可能隨時間壓縮。 但在銅不可替代且時間受限的成品端，存在著重大瓶頸和未來價值累積空間。 Prysmian 和 Nexans 這樣的電纜製造商出售的是成品約束，而非原材料，隨著變壓器交貨時間大幅延長，這已不再是商品市場。

論點四：AI 的碳成本在政治上越來越難以為繼，將迫使以太陽能和電池為主的解決方案

AI 建設有一個尚未定價的碳問題，這是一個政治約束。 資料中心提高電價，大規模消耗水資源，增加本地排放。 這已經有所體現：180 億美元的資料中心專案被徹底取消，460 億美元專案被推遲。

今天，約 56%的資料中心電力來自化石燃料。 天然氣解決了部署速度問題，但在政治上是脆弱的。 隨著需求擴大，對化石能源擴張的阻力上升，迫使近期形成天然氣、核能和再生能源的混合系統。

儘管天然氣在資料中心爆炸式增長中充當了短期橋樑，但從更長時間維度來看，能源充裕不是靠燃料開採解決的，而是靠能源捕獲。 太陽向地球輸送的能量，比人類消耗的高出數個數量級。 約束不在於可用性，而在於轉換、儲存和部署。

太陽能不是算力能源需求的即時解決方案，而是終極解決方案。

目前商業太陽能捕獲約 22%的入射能量。 每一點轉換效率的提升都會降低每兆瓦成本，推動太陽能在 BTM 系統中更接近可調度發電的平價。

電池儲能成為此架構的核心元件。 不只是為了平滑間歇性，還作為收益層。 儲能套利和負載平衡，將歷史上的成本中心轉化為 BTM 營運商的利潤貢獻者。

在這個論點中，贏家是垂直整合的企業，涵蓋捕獲、儲存和配送：擁有 BTM 合約的專業太陽能開發商、擁有電網級和站點級產品的電池製造商，以及少數能夠將自有發電與算力託管結合的運營商。

太陽能是採購和製造的遊戲，電池是約束和變現層，整合捕獲利潤，前沿技術仍是期權而非基礎情景。 在這方面，特斯拉可能繼續是大贏家，但我將選擇限定在非共識標的。

論點五：冷卻成為一級約束，兩相直接液冷（D2C）在前沿應用中將成為必須

另一個後果是兩相直接液冷技術的興起。 坦白說，這一論點也融入了我自己的判斷：晶片功率密度正沿著拋物線軌跡增長，這是一個日益棘手的熱力學難題。 傳統風冷因多種原因根本不可持續，首要原因是它在更高密度晶片上無法運作，加上水和電力消耗的環境問題。

首先，D2C 冷卻在不受散熱管理限制的情況下推進密度和性能——這是擴展的關鍵問題。 當前市場現實是單相冷卻主導，因為它更簡單：冷水通過冷板循環冷卻晶片，但有已知的上限。 當晶片功率密度超過 1500W 時，向兩相冷卻的轉變將變得不可避免。 兩相冷卻將介電液體泵送到晶片周圍，設計為在低溫下沸騰——從液態到氣態的相變大幅提升了冷卻效率。

兩相冷卻可將能耗降低 20%、用水量減少 48%。 這項性能提升允許更密集的晶片小片封裝，提高性能，最終對高性能冷卻產生更高需求。

領先的兩相 DTC 公司 Zutacore 展示了使用介電液體（而非水）的兩相 D2C 冷卻，將能耗降低 82%並完全消除耗水——這一結果經 Vertiv 和英特爾研究驗證。 Zutacore 是這一領域值得關注的私人營運商，進一步而言，深入研究介電液體供應商也可能有價值。

論點六：核能可以作為邁向能源充裕和穩定供電的橋樑，但不是能源擴張的長期答案

在撰寫本文時，我最初認為核能是填補能源缺口短期空白的好方法。 現實是，小型模組化反應器（SMR）的部署成本是可比天然氣系統的 5 至 10 倍（每千瓦 1 萬至 1.5 萬美元），實際上無法大規模部署和擴展。

核能解決的是可靠性問題，而非速度或成本問題－尤其是在 BTM 安裝時。 這允許在可靠性不可談判的場合提供穩定、可調度的基礎負荷電力。 因此，核能在能源缺口中有其角色，作為橋樑而非核心供給。

核能受制於燃料循環和建造時間。 現今先進反應器需要高豐度低濃縮鈾（HALEU），而這種燃料今天幾乎沒有商業規模的供應。 即便反應器建成，能否為其提供燃料，成為核能擴張速度的關鍵約束。

因此，核能不太可能成為能源擴張的邊際解決方案——它上市緩慢、資本密集、受基礎設施和燃料限制。 相較之下，擴張最快的系統——近期是天然氣，長期是太陽能和儲能——才是縮小差距的選項。

可投資的瓶頸不是反應堆，而是燃料。 隨著 SMR 需求擴大，高富集度鈾濃縮將成為關鍵環節——一個與具體堆型無關的瓶頸，無論哪種設計最終勝出，價值都會在這裡累積。

論點七：一類新的能源基礎設施集團出現；垂直整合者將電子轉化為運算能力

AI 基礎設施的瓶頸不僅在於能源，還在於大規模將能源轉化為可用運算的能力。

在 19 世紀 70 年代，與電力類似，石油並不稀缺，但提煉和分銷卻存在問題。 洛克斐勒透過垂直整合原油開採、提煉以及將其分銷到家庭的方式，建立了一家公司，這是有史以​​來最大的公司之一（標準石油）。

智慧革命遵循同樣的模式；電力就是原油。 電力充足，但可靠地將電力轉化為運算能力，在電力傳輸、冷卻、連接和許可方面存在限制。 电子的精炼才是价值所在。 每增加一層擁有的所有權都會提高可靠性，降低成本，並取得利潤空間，使垂直整合自我強化。

超大規模企業是這個系統的分送層，也是運算消耗的終端。 然而，結構性機會在於擁有經銷商被迫購買的基礎設施。 這創造了一個新的能源基礎設施集團類別，即控制發電、轉換、冷卻和託管於一體的營運商。

最清晰的表達是私有市場中的垂直整合運營商，如 Crusoe 和 Lancium，以及公共市場中的原生計算平台，如 Iren 和 core Scientific，它們已經擁有最難複製的底層；能源。

控制電子流向機架的公司正在 AI 經濟中建造最深的護城河。 软件无法吞噬物理基础设施。