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通过核聚变迈向无碳能源之路

摘要:

聚变反应堆需要智能工程、强磁场和定制的快速计算机。TAE正在致力于研发零温室气体排放的聚变能源。

核聚变能源不会造成空气污染，没有核熔毁的威胁，温室气体排放为零，并且不会产生长期放射性废物。

当 TAE Technologies首席科学家Jesús Romero还是个孩子时，他的父亲每个星期天都会带一份报纸回家。报纸内夹着一份给儿童看的小报纸，上面有益智游戏。游戏通常是走迷宫，即帮助卡通动物找到正确的路径，闯过各种“危险”最终获得奖品。Romero当时很快发现，如果从迷宫的出口处开始进行逆向推测，问题会很容易解决。他讲述这个故事主要是作为引子，想引出TAE公司（位于加利福尼亚州）入口处的一张海报。海报人物是该公司已故技术联合创始人Norman Rostoker，他戴着牛仔帽，海报上还引用了他的一句话：“以结果为导向，心有远虑，方得始终。”

TAE 的终极目标是安全地利用核聚变能源。利用核聚变能源是许多人几十年来一直在努力的目标。但能真正利用核聚变能源的时间，很大程度上取决于技术是否能赶上科学的发展，而科学现在正呈指数级加速发展。一经实现，核聚变将提供低廉、绿色、几乎无尽的能源，为社会带来深刻的转变。

现有的核电站使用的是核裂变，即原子的分裂。在核聚变中，原子则是被聚合在一起。这项任务要艰巨得多，但释放的能量也多得多。包括太阳在内的恒星都是由核聚变驱动的。核聚变能源不会造成空气污染，没有核熔毁的威胁，温室气体排放为零，并且不会产生长期放射性废物。

TAE于2017年7月推出了其第五代核聚变装置Norman。图片所有权：TAE

现在流行的方法是让以下两种类型的氢原子产生核聚变反应：氘，在原子核中有一个质子和一个中子；氚，有一个质子和两个中子。质子带正电并相互排斥，核聚变需要足够的压力和热量才能让原子核高速碰撞。所需的热量约为数亿摄氏度，足以熔化任何可能含有等离子体的物质——等离子体是一种电离气体，电子和原子核在其中独立飞行。强磁场用于将等离子体集中在反应堆内，远离装置壁。

大多数氘氚反应堆都是环形圈（圆环形状的几何术语）。这些系统面临诸多难题和挑战，包括需要设计生产氘氚处理设施、氚极其有限的可用性以及超导磁体的尺寸和成本。

TAE团队意识到有一种不一样的实现方式。他们以结果为导向开始思考解决方案：真正安全的反应堆会是什么样子？他们得出结论，唯一的答案是使用氢硼聚变。该反应仅释放出三个氦核，也称为α粒子（这也是TAE的全名Tri Alpha Energy的由来），以及X射线，可以通过加热金属板使液态CO2蒸发并驱动涡轮机来捕获它们以发电。

碰撞过程

Norman Rostoker，曾任加州大学欧文分校物理学教授，他的学生Michl Binderbauer，以及公司初创阶段的每个人，在1990年代初期就致力于解决这个问题，并于1998年创立了TAE，Binderbauer现在是公司的首席执行官。TAE已申请和获得超过1,400项专利，并获得超过7.5亿美元的风险投资。他们已经进行了超过100,000次实验，现在在全球30多个国家/地区拥有约200名员工，目前正致力于第五代实验反应堆研究，该反应堆以已故的Rostoker命名，命名为Norman。

TAE的聚变平台是一个场反转配置 (FRC, field-reversed configuration)、20米长的直管，周围环绕着圆形磁铁，气体从每一端高速喷射。TAE计划最终使用氢和硼的混合物，但在达到足够的温度之前，他们将使用氢和氘。

气体流碰撞并合并，然后开始旋转。中央腔室外的一组八个加速器光束向等离子体发射中性粒子 - 氘，从而加热等离子体并使其保持旋转。等离子体旋转时会产生自己的磁场，帮助自己保持受约束状态。

当两个粒子飞过彼此时，它们正面撞击并聚变的机会非常渺茫。这就是为什么反应堆保持等离子体被约束和旋转的原因。“它可以使粒子发生碰撞的可能性增加，”Romero 说，“问题是等离子体不稳定并且想要扩散。”

场反转配置的详细呈现。图片所有权：TAE

现场工作

保持反应持续进行需要不断的测量和调整。腔室周围有300多个磁传感器，用于推断内部等离子体的形状和位置。拥有定制的现场可编程门阵列 (FPGA) 的计算机不断收集数据并使用它来控制磁铁以形成等离子体。整个检测-反应循环需要在10微秒或百万分之一秒内发生。

Norman使用七个基于FPGA的模块进行传感和控制。四个采集模块接收来自传感器的输入信息，并将信息浓缩为20个描述等离子体当前状态的数字，通过通信模块，这些信息被发送到两个控制模块，它们决定如何调整等离子体的状态并将其信号传递给磁铁。整个系统中的FPGA均使用MATLAB^®和Simulink^®进行编程。

“我们的工作就是涉及 FRC 控制的方方面面。”

 Jesús Romero，TAE Technologies首席科学家

测量每个等离子体粒子是不可能的，因此系统在“状态空间”中找到等离子体的位置，并使用一小组变量对其进行描述，它本质上是等离子体的抽象模型。采集系统的部分工作是使用来自数百个磁传感器的输入，来找到等离子体在20维状态空间中的位置。为了证明它可以在规定的时间内做到这一点，他们请MathWorks为FPGA设计了一种算法，该算法将在10微秒内处理1000个数字与另外一个1000个数字的相乘。

“我进行FPGA的设计已经超过30年了，但让它们以如此快的速度运行仍是一个挑战，”MathWorks的技术顾问Jonathan Young这样表示。

由于FPGA具有并行电路，编程人员需要编排计算的时序，以便每一步都能及时接收到所有输入。Young使用Simulink直观地移动逻辑块，用虚拟的信号线连接它们，并观察它们的时序。这就像设计一个城市网络来减少交通拥堵。然后，MATLAB将算法转换为用于配置FPGA的代码。

频繁修改反应堆的能力使TAE能够快速进行操作调整并快速融入新想法。图片所有权：TAE

最后，数字下降到3微秒。Young说，“令人惊奇的是，如此快速地完成了这么多计算，而TAE要求在10微秒内完成计算，我们相信能够实现这一目标。”

采集和控制模块由Speedgoat使用Xilinx® FPGA设计。Speedgoat FPGA技术负责人Patrick Herzig说：“我们从未有过如此庞大的配置”。Norman使用了七个模块，而通常一个项目仅使用一个模块，TAE希望处理不只是来自磁传感器的诊断信号，还有其它信号。

Romero表示：“我们正在拓宽研究范围，希望能控制越来越多的参数和指标，比如等离子体密度。我们的工作基本上涉及FRC控制的方方面面。”

终极目标是绿色无污染

TAE正在稳步推进这一进程。尽管超高温等离子体面临着物理学方面的挑战，但FRC的一个优点是它们在机械方面比经典的环形反应堆更易于建造和维护。Romero回忆起当初邀请客户参观工厂的情形，当时他们向客户展示了一个空房间，并表示将在这里建成一个核聚变装置。“我们将在这里建造核聚变装置，几年后，一切都将到位，”他记得当时这样告诉客户。“客户的反应是，‘不可能。’一年后，我们邀请他们再来，亲自见证系统启动和运行，他们惊呆了。”

TAE先进的控制室。图片所有权：TAE

“我们致力于为向非碳经济的过渡提供全面的解决方案。”

 Jesús Romero，TAE Technologies首席科学家

TAE现在已经证明他们可以实现对等离子体的主动控制。他们还证实了这些实验具有良好的可扩展性，随着能量的增加，温度不会停滞不动。可以说，对这一未知可能性的探索，最难的问题已经得到了解答。相较于可扩展性，一个想法从根本上是否可行才更为关键。Romero表示：“我们所遵循的原则可以称之为‘试错优先’。把最精彩的演出推迟到最后不太明智。”

TAE的下一个聚变装置 Copernicus， 目前正在研发中。它是一个反应堆规模的平台，设计运行温度约为1亿摄氏度，与氘氚聚变所需的温度大致相同（但是，Copernicus 将不会使用氚作为燃料）。然后，TAE 计划建造一个名为 DaVinci 的最终原型，以展示氢硼燃料循环的净能量增益，这意味着聚变反应可以产生的能量比投入其中的能量多。

运行一项简单的实验所需的电力都会超出分配给商业办公空间的电力，因此 TAE 必须成为电力管理专家，有策略地存储和部署电力。他们现在正在讨论将这些创新商业化，他们的终极目标不限于聚变能源反应堆。

“我们不仅仅从事发电业务，”Romero说。“我们致力于为向非碳经济的过渡提供全面的解决方案。是否能在发电领域独占鳌头无关紧要，只要还有燃油汽车的存在，问题就没有真正得到解决。”

文章和图片均为MathWorks版权所有

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WD_BLACK高性能且个性化的解决方案，优化不同玩家的游戏体验

西部数据公司（NASDAQ: WDC）在日前举行的“What’s Next数造辉煌发布会”上宣布：旗下专为游戏玩家打造的WD_BLACK品牌再度扩充产品组合，推出WD_BLACK™ SN850X NVMe™ SSD和WD_BLACK P40 游戏移动固态硬盘两款新品，旨在进一步提升玩家游戏体验，为玩家升级PC和主机的存储系统提供更多选项。

AMD（超威半导体）企业科研理事兼计算与图形首席技术官Joe Macri表示：“AMD很高兴能与西部数据持续开展深度合作，为玩家提供卓越的游戏体验。随着游戏变得更加让人身临其境，玩家们也越来越青睐低延迟、更流畅的游戏体验。AMD致力于消除系统、内存和连接设备之间的延迟。通过结合搭载了最新PCIe™技术的西部数据SSD游戏解决方案，以及AMD在CPU和GPU中对于内存和延迟的优化，我们实现了更丰富的视觉效果，更快的游戏加载速度，带来了更为流畅的游戏体验。”

西部数据公司执行副总裁兼闪存业务总经理Rob Soderbery表示：“我们了解玩家们有着各自体验游戏的独特方式。西部数据从中汲取灵感，并致力于与AMD这样领先的科技公司展开合作，共同研发并推出创新的解决方案，以助力玩家突破极限。WD_BLACK品牌拥有丰富的产品组合，为玩家在当下的游戏世界中尽情畅玩提供保障，时刻为满足新一代游戏的存储需求做好准备。”

WD_BLACK品牌将创新技术应用于游戏娱乐场景，旨在为游戏玩家带来游戏专属的存储解决方案，满足玩家对高性能和个性化的丰富需求。即将上市的WD_BLACK产品组合包括：

WD_BLACK SN850X NVMe SSD – 该款搭载PCIe Gen4技术的内置SSD¹为满足追求极致性能的硬核玩家进行了优化，可提供高达7,300 MB/s²的顺序读取速度。得益于更低的延迟，预加载技术和自适应热能效管理，玩家可以获得更快的加载速度、更丰富的视觉表现以及强劲的散热性能，游戏体验显著提升。玩家可下载带有最新Game Mode 2.0的WD_BLACK 仪表板（仅限Windows™系统），它提升了PC的出色性能，保证玩家在畅玩、直播、录制、乃至夺得游戏胜利的过程中获得更好的体验。该产品将提供可选加装散热片版本（1TB和2TB），有助于时刻保持高性能，并加装了RGB灯效以配合其他游戏装备。

• 定价/上市时间：WD_BLACK SN850X NVMe SSD提供了1TB、2TB和4TB ³三种容量版本。建议零售价为1699元起售。产品从2022年7月起可从指定零售商、电子零售商、代理商和系统集成商处购买。

WD_BLACK P40 游戏移动固态硬盘 – WD_BLACK P40 游戏移动固态硬盘适用于追求高性能、独特风格与便携式存储设备需求的玩家。该款产品配备USB 3.2 Gen2x2接口，并拥有高达2,000 MB/s²的传输速度，同时配有可自定义的RGB灯效（仅限Windows系统）。玩家可下载WD_BLACK 仪表板自由控制LED灯光效果，并与现有RGB生态系统同步，根据玩家个人风格偏好进行个性化设置。该款产品拥有光滑、小巧的外形和抗震设计，是玩家即刻畅玩的理想选择。

• 定价/上市时间：WD_BLACK P40 游戏移动固态硬盘提供了500GB、1TB和 2TB³三种容量版本。建议500G，1TB，2TB零售价折合人民币分别约为899元，1399元，2499元。产品从2022年夏季起可从指定零售商、电子零售商、代理商和系统集成商处购买。

如欲了解更多关于新品及WD_BLACK品牌产品组合的信息，请浏览 www.WDBLACK.com。

更多资源

• 博客：数造辉煌：西部数据致力于发掘数据价值

关于西部数据公司

西部数据始终致力于发掘数据价值，创造更多可能。凭借在闪存和 HDD 领域的整合积累，以及在内存技术领域的推进发展，西部数据持续突破创新，不断推出强大的数据存储解决方案，以支持全球数字化未来的远大进程。 同时，西部数据将可持续发展作为公司核心价值观，深刻理解应对气候变化的紧迫性，并积极实现科学减碳倡议组织（Science Based Targets initiative, SBTi）的宏伟减碳目标。 欲了解更多西部数据公司及旗下 Western Digital™（西部数据）、SanDisk™（闪迪）和WD™（西数）品牌的信息，请访问：https://www.westerndigital.com/zh-cn。

¹ PCIe Gen4存储技术需配搭兼容的主板。WD_BLACK SN850X NVMe SSD可向下兼容PCIe Gen3。

²对于传输速率而言，1 MB/s = 1百万字节/秒。该数据根据内部测试得出，具体性能可能因主机设备、使用条件、硬盘容量和其他因素而异。

³用于表示存储容量时，1GB = 10亿字节，1TB = 1万亿字节。实际容量可能因操作环境变化。

创新解决方案赋能超大规模云服务商减少总体拥有成本（TCO）并加速部署SMR

西部数据公司（NASDAQ: WDC）在日前举行的“What’s Next数造辉煌发布会”上宣布正在向部分超大规模云服务商合作伙伴提供22TB¹和26TB UltraSMR HDD样品，通过进一步扩大其在面密度技术上的优势，帮助客户降低总体拥有成本（TCO），实现数据价值。

西部数据拥有丰富的HDD产品组合以及在面密度技术领域的独特优势，一直处于存储技术发展革新的核心位置。借助创新的OptiNAND™技术、能量辅助磁记录 (ePMR)、三阶寻轨定位系统 (TSA)、氦气封装（HelioSeal™）以及全新的UltraSMR技术，西部数据已经确认将基于ePMR来实现30+TB 存储容量的未来发展方向。

西部数据公司执行副总裁兼闪存业务部总经理Rob Soderbery表示：“作为行业头部云服务提供商的长期合作伙伴，我们深刻理解客户在构建下一代云基础设施方面的独特需求，并致力于在强化自身面密度技术独特优势的同时，大力推动多项HDD技术研发和创新。我们采取这一发展战略的目的不仅是为了满足全球云服务巨头现有的大容量数据存储需求，而且也是为他们应对将来数十年数据中心的创新提供理想的发展路线。西部数据将ePMR、OptiNAND和UltraSMR作为HDD技术创新的基础，来更好地帮助云服务客户降低存储总体拥有成本（TCO），从而持续、快速地扩展业务。”

百度集团副总裁侯震宇表示：“百度是一家拥有强大互联网基础的领先AI公司，用科技让复杂的世界更简单，是每一个百度人的新使命。当前，云计算、人工智能、边缘、物联网等领域持续快速发展，数据、算力正在驱动新一轮变革，很高兴看到西部数据在数据处理、传输、存储技术领域的持续变革和推陈出新。目前，22TB CMR HDD已在验证阶段，期待新一代HDD产品能够为百度智能云、百度网盘存储带来更友好的成本、性能和用户体验，为百度智能云的用户，为亿万互联网用户创造价值。同时我们也期待26TB SMR HDD等其他新品的上市与应用。希望双方面向未来，紧密合作，共同推动技术与产品创新，推进新技术落地。”

超聚变服务器领域总裁唐启明表示：“当前，各行各业处于产业数字化转型的关键时期，运营商、金融、医疗、政企、互联网等行业数据量都在激增，且数据存储需求趋于多样化。西部数据深耕数据存储领域多年，为我们提供了关键的存储技术及产品支持，是超聚变非常重要的合作伙伴。西部数据发布全新的22TB Ultrastar DC HC570 CMR HDD 与26TB Ultrastar DC HC670 UltraSMR HDD等产品令市场充满期待。目前，超聚变正在进行22TB CMR HDD相关的测试与认证工作，相信这款搭载了OptiNAND创新技术的全新产品将进一步提升FusionSever服务器的存储能力，为各领域的用户带去更优质的解决方案。未来，超聚变将继续与西部数据携手，用我们的解决方案推动数字化转型升级，共创泽字节时代的辉煌。”

OptiNAND、UltraSMR和ePMR协同助力降低总体拥有成本（TCO）

全新的ePMR HDD利用西部数据的OptiNAND技术，将HDD的存储容量、性能和数据弹性提升至新的高度。22TB CMR HDD采用了OptiNAND技术，在成熟的单碟2.2TB的氦气封装技术上实现了10碟更高的面密度。

西部数据将OptiNAND技术与采用HDD系统级硬件优势的专有固件相结合而推出全新UltraSMR技术，并引入了大数据块编码和先进的纠错算法，增加了每英寸磁道数（TPI），以实现更高的容量。新推出的26TB Ultrastar™ DC HC670 UltraSMR HDD可提供单盘2.6TB的容量，为云服务提供商优化其堆栈来实现SMR技术优势带来了约18%的容量提升。随着越来越多的云服务提供商将SMR添加到他们的数据中心发展路线之中，26TB的容量点创新将成为他们加快部署的一个重要转折点。

搭载OptiNAND技术的HDD还包括了ArmorCache™写缓存数据安全功能，为客户提供写缓存启用（WCE）的性能和写缓存禁用（WCD）的数据保护，在紧急断电（EPO）的情况下提升数据保护能力。在HDD技术发展历程中，这种写缓存数据安全功能首次实现了无论在何种模式下，都能在保证性能的同时兼具数据保护能力。OptiNAND技术能使HDD在WCD模式下有明显的性能提升，这在较大数据块的随机写入中最为明显。在常见 256KB 或更高的传输带宽场景下，相对比非OptiNAND HDD，IOPS和吞吐量提高了约40%；在1MB的传输带宽下，峰值性能提高约80%。更多细节请见技术简介。

22TB CMR和26TB UltraSMR HDD上市时间：

• 22TB Ultrastar DC HC570 HDD和新款26TB Ultrastar DC HC670 UltraSMR HDD目前已开始向部分超大规模云服务商交付样品。DC HC570 HDD将开始向渠道批量发货，UltraSMR HDD将于2022年夏天开始向部分客户交货。

• Ultrastar Data60和Data102 JBOD平台将于今年夏天开始配备新的22TB CMR Ultrastar HDD，通过在全面优化的平台上实现更出色的数据存储密度，增强软件定义存储的耐用性和数据可靠性。

• 西部数据在HDD产品组合中持续扩展OptiNAND技术创新，推出包括针对智慧视频领域的22TB WD Purple™ Pro HDD，针对NAS解决方案的WD Red™ Pro HDD以及针对系统集成商以及服务于各种规模企业的分销商的WD Gold™ HDD。这些产品均将于今年夏天上市。

更多资源

• 博客：数造辉煌：西部数据致力于发掘数据价值

• 媒体资料：2022数造辉煌：Ultrastar 22TB CMR 和26TB UltraSMR HDD

关于西部数据公司

西部数据始终致力于发掘数据价值，创造更多可能。凭借在闪存和 HDD 领域的整合积累，以及在内存技术领域的推进发展，西部数据持续突破创新，不断推出强大的数据存储解决方案，以支持全球数字化未来的远大进程。 同时，西部数据将可持续发展作为公司核心价值观，深刻理解应对气候变化的紧迫性，并积极实现科学减碳倡议组织（Science Based Targets initiative, SBTi）的宏伟减碳目标。 欲了解更多西部数据公司及旗下 Western Digital™（西部数据）、SanDisk™（闪迪）和WD™（西数）品牌的信息，请访问：https://www.westerndigital.com/zh-cn。

¹用于表示存储容量时，1GB = 10亿字节，1TB = 1万亿字节。实际容量可能因操作环境变化。