수십 년 동안 핵융합에너지는 청정에너지의 궁극적인 약속이었습니다. 이는 화석 연료와 관련된 탄소 배출 없이 엄청난 양의 에너지를 생산할 수 있는 태양에 전력을 공급하는 과정입니다. 과학자들은 여러 세대에 걸쳐 지구에서 이를 재현하기 위해 노력해 왔으며, 이를 대규모로 작동시킬 수 있다면 세계의 에너지 미래를 근본적으로 바꿀 수 있다고 확신했습니다. 문제는 핵융합이 과학적 관점뿐만 아니라 경제적 관점에서도 엄청나게 어렵다는 점이다. 실험용 원자로를 건설하고 테스트하는 데는 막대한 비용이 들며, 시행착오의 좌절스러운 순환을 통해 진행되는 경우가 많습니다. 연구자들은 이론을 개발하고, 이를 테스트하기 위한 하드웨어를 구축하고, 데이터를 수집하고, 설계를 수정하고, 프로세스를 반복합니다. 때로는 그 주기에 몇 년이 걸리기도 합니다. 이제 VeloAlpha라는 중국 스타트업은 인공 지능이 이러한 패턴을 깨는 데 도움이 될 수 있다고 믿습니다.
베이징에 본사를 둔 핵융합 과학자 Xie Huasheng이 올해 초 설립한 이 회사는 연구자들이 비용이 많이 드는 물리적 실험에 착수하기 전에 핵융합로 설계를 디지털 방식으로 테스트할 수 있는 시뮬레이션 플랫폼인 FusionAlpha를 개발하고 있습니다. 무한한 청정 전력을 생성하는 거대한 원자로만큼 흥미롭지 않게 들릴 수도 있습니다. 그러나 VeloAlpha의 기술이 약속을 이행한다면 융합의 가장 비용이 많이 들고 지속적인 과제 중 하나를 해결하게 될 수 있습니다.
융합산업의 불가능한 삼각관계
Xie에 따르면, 융합 연구자들은 오랫동안 불편한 상충 관계에 갇혀 있었습니다. 현재 사용 가능한 가장 진보된 시뮬레이션 소프트웨어는 놀라울 만큼 정확하게 플라즈마 동작을 모델링할 수 있습니다. 핵융합 반응에 연료를 공급하는 과열되고 전기적으로 충전된 가스인 플라즈마는 제어하기 매우 어렵고, 플라즈마의 거동을 이해하는 것은 실행 가능한 원자로를 설계하는 데 중요합니다. 문제는 이러한 시뮬레이션에는 상당한 컴퓨팅 리소스가 필요하고 완료하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있다는 것입니다.
스펙트럼의 반대편에는 계산을 훨씬 빠르게 처리할 수 있는 최신 AI 기반 시스템이 있습니다. 속도 측면에서는 매력적이지만 연구자들은 이러한 도구가 훈련받은 데이터 이상의 안정성과 추정에 어려움을 겪을 수 있기 때문에 종종 주의를 기울입니다. 그런 다음 계산적으로 효율적이지만 차세대 원자로 설계를 정확하게 안내하기에는 너무 조잡한 단순화된 물리 모델이 있습니다. Xie는 이를 속도, 정확성, 예측 능력이라는 융합 소프트웨어의 “불가능한 삼각형”이라고 설명합니다. 역사적으로 연구자들은 다른 것을 얻기 위해 하나를 희생해야 했습니다. VeloAlpha의 전체 비즈니스는 이러한 절충안이 더 이상 존재할 필요가 없다는 생각을 바탕으로 구축되었습니다.
이 회사는 인공 지능의 발전과 새로운 수학적 기술이 결합되어 기본 물리학을 희생하지 않고도 시뮬레이션을 획기적으로 가속화할 수 있다고 주장합니다. Xie에 따르면 FusionAlpha의 일부 부분은 벤치마크 오류를 5% 미만으로 유지하면서 오늘날의 최첨단 융합 코드보다 100~10,000배 빠르게 실행할 수 있습니다. 이러한 주장은 여전히 독립적인 검증이 필요하지만 유지된다면 업계에 큰 도약이 될 것입니다.
스타를 만드는 것은 비용이 많이 든다
소프트웨어가 왜 그토록 중요한지 이해하려면 융합 연구자들이 무엇을 성취하려고 하는지 이해하는 것이 도움이 됩니다. 핵융합은 가벼운 원자의 핵이 충돌하고 합쳐지면서 엄청난 양의 에너지가 방출될 때 발생합니다. 이것이 바로 별 내부에서 일어나는 일입니다. 이러한 조건을 지구에서 재현하려면 연료를 태양 핵보다 더 뜨거운 온도로 가열해야 하며, 플라즈마를 생성해야 하며, 플라즈마는 핵융합 반응이 일어날 수 있을 만큼 오랫동안 가두어 안정화되어야 합니다. 대부분의 연구자들은 플라즈마를 포함하기 위해 강력한 자기장을 사용하는 거대한 도넛 모양의 장치인 토카막이라는 기계를 사용하여 이를 시도합니다. 다른 사람들은 스텔라레이터, 선형 장치 및 레이저 구동 핵융합 시스템을 포함한 대체 접근 방식을 실험하고 있습니다.
모든 설계에는 고유한 엔지니어링 과제가 있습니다. 연구자들은 반응을 유지하고, 극심한 열을 견디고, 방사선을 관리하고, 연료 공급을 확보하고, 궁극적으로 기존 에너지원과 경쟁할 수 있을 만큼 저렴하게 전기를 생산하는 방법을 알아내야 합니다. 이러한 문제 중 어느 것도 해결하는 데 비용이 많이 들지 않습니다. 단일 실험 시설의 비용은 수억 달러, 심지어 수십억 달러에 달할 수 있습니다. 작은 설계 변경이라도 광범위한 테스트와 검증이 필요한 경우가 많습니다. 이것이 시뮬레이션 소프트웨어가 점점 더 중요해지는 이유입니다. 연구자들이 하드웨어를 구축하기 전에 결과를 더 정확하게 예측할수록 막다른 골목에 낭비되는 비용이 줄어듭니다.
Fusion의 EDA 순간
Xie는 FusionAlpha를 반도체 산업을 변화시킨 기술인 전자 설계 자동화(EDA) 소프트웨어에 비유합니다. 현대 칩 회사는 새로운 아이디어를 테스트할 때마다 물리적 프로세서를 구축하지 않습니다. 대신 정교한 소프트웨어 도구를 사용하여 설계를 제조 공장으로 보내기 전에 설계를 모델링, 시뮬레이션 및 최적화합니다. EDA 소프트웨어가 없었다면 반도체 혁신의 속도는 극적으로 느려졌을 것입니다.
VeloAlpha는 융합이 비슷한 전환점에 접근하고 있다고 믿습니다. 미래의 융합 기업은 주로 물리적 실험에 의존하는 대신 고급 시뮬레이션 플랫폼을 사용하여 수천 가지 설계 변형을 가상으로 테스트하고 유망한 접근 방식을 식별하며 개발 비용을 대폭 절감할 수 있습니다. 따라서 차세대 핵융합로는 두 번 제작될 수 있습니다. 먼저 소프트웨어로, 그 다음에는 강철로 제작됩니다.
타이밍이 중요한 이유
스타트업의 등장은 중국의 융합 산업에서 특히 흥미로운 순간에 이루어졌습니다. 수년 동안 핵융합 연구는 주로 정부와 국립 연구소에 의해 주도되었습니다. 그것은 변화하기 시작했습니다. 중국은 핵융합을 전략적 미래 산업으로 확인하고 이를 양자 컴퓨팅, AI 구현, 바이오제조, 뇌-컴퓨터 인터페이스, 6G 통신 등의 분야와 나란히 배치했습니다. 투자자들은 이에 주목하여 융합 스타트업, 부품 공급업체 및 지원 기술로 구성된 성장하는 생태계에 돈을 쏟아부었습니다.
원자로 개발에 주력하는 기업들이 점점 더 큰 규모의 자금 조달을 유치하고 있으며, 자석, 재료, 전력 시스템 및 소프트웨어를 공급하는 기업도 등장하고 있습니다. VeloAlpha는 지난 10년간 가장 큰 두 가지 기술 트렌드인 인공 지능과 청정 에너지의 교차점에 자리잡고 있습니다. 이 회사는 최근 퓨전의 미래가 하드웨어의 발전만으로 결정되지 않을 것이라고 확신하는 투자자들로부터 초기 자금을 확보했습니다.
그렇다고 해서 상업적인 융합이 코앞에 다가왔다는 의미는 아닙니다. 업계는 여전히 엄청난 기술적, 경제적 장애물에 직면해 있으며, 많은 전문가들은 실질적인 핵융합 발전이 실현되려면 수년, 심지어 수십 년이 걸릴 것으로 믿고 있습니다. 그러나 해당 부문의 경쟁이 더욱 치열해짐에 따라 가장 빠르게 반복할 수 있는 회사는 상당한 이점을 얻을 수 있습니다. 그리고 이것이 바로 소프트웨어가 원자로 자체만큼 중요해질 수 있는 부분입니다. 수년 동안 융합 산업의 가장 큰 과제는 무엇을 구축할지 파악하는 것이었습니다. AI가 이 질문에 더 빠르고 정확하게 대답하는 데 도움이 될 수 있다면 상업적 융합을 향한 길은 갑자기 조금 더 짧아 보일 수 있습니다.
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