How the Department of Energy Is Tapping AI to Transform Science, Industry and Government - Ep. 236
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能源部关键和新兴技术办公室 (CET) 主任兼能源部首席人工智能官 Helena Fu 讨论了人工智能的最新突破性努力，这些努力正在改变国家安全、基础设施和科学发现。能源部监督着 17 个国家实验室和 34 个设施，处于人工智能研究和开发的前沿。</context> <raw_text>0 您好，欢迎收听 NVIDIA AI 播客，我是您的主持人，诺·卡比斯。去年十月，来自公共部门的领导人与视频客户和合作伙伴一起参加了在华盛顿特区的 AI 峰会。

为期三天的交流和讨论围绕着 AI 的所有创新和有意义的工作展开，其中一个小组讨论了“AI 用于科学、能源和安全”，重点关注人工智能如何改变科学发现、经济增长和国家安全，以及美国政府如何在开发安全和值得信赖的 AI 方面发挥主导作用。

以应对国家和全球挑战。这是一场精彩的讨论，我鼓励您通过视频点播观看。但更棒的是，我们有幸能够更深入地探讨美国能源部在 AI 开发中扮演的角色——剧透警告：

他们做的比你想象的要多得多。现在和我们一起的是 Helena Fu，美国关键和新兴技术办公室 (CET) 主任。

Fu 主任曾担任白宫国家安全委员会技术和国家安全主任，以及国际科技合作主任，并在能源部科学办公室和白宫科技政策办公室担任研究员。她的资历远不止这些，但我就不多说了，让我们欢迎她来到节目现场。Helena Fu，非常感谢您抽出时间参加 NVIDIA AI 播客。

不，感谢您的邀请。也许……

我们可以从 CET 开始，以及您作为主任的角色。请您介绍一下。

当然。关键和新兴技术办公室，或 CET（因为我们喜欢好的缩写），是能源部的一个新办公室。它于 2023 年 12 月启动。所以我们还不到一岁，马上就要迎来一周年纪念日了。

能源部的资深领导层确实希望在能源部内部建立一个中心节点，专注于利用能源部各部门的能力和专家，特别是 17 个国家实验室，在关键和新兴技术领域。我们的办公室专注于四个具体的技术领域：人工智能、先进机器人技术、量子信息科学和生物技术。我们认为这四个领域是许多其他新兴技术的基石技术。

当然。那么，这如何融入更广泛的范围呢？我们在开始录音前聊了一会儿。我看了您参加的小组讨论，还有能源部长致开幕词。这是一个很棒的小组讨论，我学到了很多东西。尤其让我印象深刻的是，小组讨论中有人开玩笑说能源部是“无所不包的部门”。我惊讶于能源部的业务范围之广。也许您可以花点时间谈谈这个话题。

是的，这是我们的部长开的玩笑。但实际上，许多能源部长都开过这个玩笑，因为每个人来到能源部后，都会看到我们在这里实际做的工作范围之广。正如您所说，许多人认为能源部是清洁能源部门，我们确实是，但我们做的远不止这些。

我们资助基础科学发现和研究。我们在全国范围内管理科学基础设施。这些是世界上一些最强大的 X 射线、粒子加速器和对撞机，也就是真正意义上的“大科学”。

我们推进能源研究应用，我认为这是许多人了解和接触的部分。这与能源部有关。我们还是电力行业的部门风险管理机构。

但我们也通过国家核安全管理局在国家安全领域发挥着关键作用。除此之外，我们还管理着 17 个国家实验室，这些实验室遍布全国各地。许多实验室都起源于曼哈顿计划，但如今，它们已成为美国科学基础设施的支柱，不仅为能源部，也为更广泛的美国政府提供能力。

我刚才谈到了科学基础设施。能源部拥有 34 个科学用户设施。这些地方是美国科学家（来自学术界和工业界）以及国际科学家可以根据申请审查获得访问权限的地方。当然，这些是能源部为国家管理的粒子加速器、分子铸造厂和超级计算机。

当我想到——而且我认为在播客中进行了很多这样的讨论——当我想到人工智能、加速计算、这些其他先进技术和新兴技术与能源之间的关系时，我会想到两件不同的事情。我很想知道您是如何看待这个问题的，以及您是否将它们归入相同的类别。一个是计算，即能源 AI。

所有这些东西，越大越快，越强大，就越耗能。所以有这一点，最近也有人讨论，你知道，核能是否会发挥作用等等。清洁能源或非清洁能源如何……

所有这些都与为 GPS、数据中心等供电有关。另一方面，所有这些技术如何帮助我们找到新的可再生能源，提高能源效率，所有这些好东西，以使整个能源生产和使用过程更好。当我想到这些事情时，我甚至可以想象它们有多复杂。但是，您如何描述能源，特别是您在 CET 中所做的工作，以及 AI 与所有这些技术的关系？

这是一个很好的问题。实际上，能源部正处于人工智能应用于能源领域以及能源为人工智能供电（为训练这些人工智能模型的数据中心供电）的交叉点。因此，我们绝对非常关注这两个问题。

我认为一个非常具体的例子，说明所有这些是如何融合在一起的，就是我们能够与行业建立的一些伙伴关系，以提高计算的能源效率，对吧？这就是大型规模计算项目背后的故事，也是能源部在过去十年中积极参与的倡议。你知道，这最初的想法是，要实现大型规模计算，就需要在能源效率方面取得巨大的进步。

我可以打断一下，请您定义一下大型规模计算或该项目吗？

当然，当然。这是能源部科学办公室和国家核安全管理局之间真正深入合作的结果。这是一个始于 2016 年并持续到 2024 年的真正意义上的承诺型伙伴关系。

这实际上是关于我们如何建造世界上一些最强大、最快的超级计算机，对吧？所以，大型规模指的是每秒可以执行多少浮点运算。运算次数……

你说定义一下是什么意思？但我只是想谈谈这个项目。

但这是一个很好的定义。谢谢。你知道，在那个时候，能源部已经在投资先进的超级计算，但我们认识到，为了真正突破科学、能源应用和国家安全的界限，我们需要更快、更强大的超级计算机来进行必要的精确建模和模拟，这对于核武器库来说是必要的，但对于气候模型也是如此。所以在这个领域有很多不同的应用。

但在当时，确实存在能源效率问题，我们如何才能建造这些巨大的超级计算机，以及我们如何才能管理超级计算机的功耗和与之相关的成本？所以在那个时候，为大型规模制定的目标并不是根据当时的科技水平来制定的。而是根据我们愿意为该项目投入多少资金来设定的，然后将其除以 5，这就是目标。

实际上，当时我认为许多人都认为我们疯了，但我认为这正是能源部 AI 的魅力所在。我不想说这是魔法，这不是魔法。

这只是能源部能够与行业深入合作以大规模完成事情的能力。我认为这就是我如何看待能源部在更大的 AI 生态系统中的位置。我认为还有一点非常有帮助，那就是我谈到了 AI 和能源以及能源为 AI 供电作为能源部所处的交叉点。我认为另一个鲜为人知但与能源部各个部门都相关的交叉点是，我们处于开放科学和机密科学的交叉点。开放科学和国家安全。机密科学，你知道……

有很多科学的国家安全应用，当然，其中很多都依赖于开放科学的进步。我认为能源部作为一个决策驱动型研发机构，能够在这两个领域之间架起桥梁，并且能够大规模地做到这一点，我认为规模再次成为一个重要的因素，这正是能源部的工作如此令人兴奋的原因。

坦率地说，当我们回到我们的关键和新兴技术办公室时，我提到的四个技术领域——人工智能、先进机器人技术、量子信息科学和生物技术——都是双重用途技术。因此，我认为，当我们考虑如何推进这些技术以及如何管理这些技术的风险时，我们确实需要采取双重方法，对吧？科学的发展方向以及国家安全的影响是什么，才能有效地应对这些挑战。

能源部 CET 内部是否有您可以谈论的具体与人工智能相关的倡议？

当然，是的。我们对人工智能的机会空间感到非常兴奋，我们已经……我们有一个非常令人兴奋的拟议倡议，名为“科学、安全和技术领域的人工智能快速前沿”，我们认为这是美国政府在人工智能能力方面实现阶跃式变革的真正机会空间。我们也看到了行业正在取得的进步，我们需要能够将这些进步用于我们的任务空间。

我认为上周刚刚发布的关于人工智能的国家安全备忘录，实际上指示国家安全领域的各部门和机构这样做。但我们也认为还有更多的事情要做，对吧？因此，“快速前沿”被组织成四个主要方面：一个围绕数据，一个围绕计算，一个围绕开发新型模型，第四个围绕应用空间。我们如何实际使用这些模型来解决现实世界中的问题？

是的，本周早些时候我实际上正在录制一个播客，并且使用了相同的台词，请听众原谅我，但有一种感觉，2022 年和 2023 年，尤其是在生成式 AI 领域，或者说是大型语言模型的概念开始成为主流，其他人开始注意到并真正思考我们需要投资，我们需要做些什么。

然后，2024 年现在已经成为应用领域的人们真正开始关注的一年，好的，我们如何利用所有这些力量将其转化为对最终用户来说实用、有用且易于上手的东西？在构建应用程序和现在在您政府工作中的重点方面，是否存在类似的时间表或您是否处于相同的思维模式？或者这不同吗？您是否……

我认为这是一个非常有趣的问题，因为当涉及到机构部署行业模型时，其中许多都是大型语言模型，对吧？因此，我们看到了在部门内部利用这些模型的巨大效率潜力。我们现在正在测试一些东西，并且对它们感到兴奋。但我们正在讨论的“快速前沿”实际上是关于我们如何利用能源部产生的科学数据。

我们产生了一些世界上最不机密和最机密的科学实验数据，以及我们如何在这个领域真正推进计算，这是一种……我们能够通过大型规模计算项目做到这一点的方式，但实际上是超越地平线。是的，然后是模型本身，我们确实认为，许多行业显然都专注于大型语言模型，并且已经取得了许多令人兴奋的进展。即使是这些模型也越来越擅长科学推理。

我们确实在这个领域看到了巨大的进步，这让我们非常兴奋，因为这意味着发现的时间，无论是科学发现还是能源应用或国家安全，都会大大缩短。但我们也认为，需要有新型模型，额外的模型，这些模型不是基于语言的，而是图神经网络或物理信息模型，这些模型能够从我们掌握的数据中学习。然后可以证明这些模型可以转化到物理世界中，这就是我们拥有实验室的原因。

因此，我认为这就是我们感到如此兴奋的地方，因为我们认为与行业的合作机会非常巨大，而且是一个尚未得到同样关注和重点的领域，坦率地说，因为这些事情属于科学领域，非常类似于政府对科学的投资。这就是为什么存在这种公私合作机会。如果我可以补充一点，因为当我们谈论 AI 用于科学时，已经有很多关注，例如 AlphaFold，你知道，我认为需要注意的是，这些统计模型……它们是用实验确定的蛋白质结构数据进行训练的，而这些数据只有通过能源部独特的同步加速器光源才有可能获得，好的，以及所使用的蛋白质结构数据，这些数据是免费的，对公众开放的，存储在能源部资助的蛋白质数据库中，该数据库也获得其他美国政府部门和机构的资助。但我认为这是一个例子，说明即使是行业的进步也存在这种公私维度。

我的昨天是海伦娜的食物。海伦娜是美国能源部关键和新兴技术办公室主任。正如我们一直在讨论能源部的工作，他们正在做的工作，主任食品团队也在做的工作一样，它触及了私人生活、公共生活的许多不同方面，政府工作的不同部分，你知道，与科学和工业以及其他许多不同的地方合作。让我们来谈谈机会吧。我不会让你预测未来，但是当谈到大型语言模型、人工智能以及我们一直在讨论的任何技术或我们还没有谈到的其他事情的应用时，你和你团队最兴奋的一些领域是什么？

感谢你的提问。我想我会从两个时间尺度来回答。首先是近期。我们已经开展了许多活动，这些活动正在努力利用这些强大的工具。这里的一个例子是围绕智能电网。

例如，使用人工智能，我们的智能电网部署办公室资助通用电气向客户部署公用事业数据智能电表，这些电表内部装有GPS。而且，我们认为，对于帮助汇总负荷（如电动汽车、热泵）的本地模型也存在机会，这些模型可以为公用事业公司提供洞察力，同时也能保护客户隐私。我们的办公室、政策和太平洋西北国家实验室也在研究这项光伏倡议，该倡议实际上是关于我们如何利用大型语言模型进行许可以及如何在该过程中找到效率。

许可是授予……的许可。

公民进行许可流程，例如环境许可审查。事实上，我们在今年早些时候能够做到的一件事是获取过去十年左右的整个语料库数据，并使其准备好用于人工智能，现在它已经公开并可供公众使用，供研究人员开展工作或行业开发中性模型。

我们正在与联邦许可委员会中的其他机构合作，看看他们如何将此工具用于其许可流程。这在联邦层面令人兴奋。但是，全面采取的举措实际上也侧重于扩展到州和地方区域，因为例如，在州和地方的法规中存在更多差异，例如电动汽车充电或任何其他类型的选址。是的，提到了……

电网和智能电表，你知道，带有GPS，然后能够即时计算，我的意思是，这对我来说很有意义，你知道，我是一个典型的北加州人，我有一辆电动汽车，所有这些东西。

但这确实让我想到了物理世界中的所有机会，如果基础设施到位，并且你拥有这些数据可以使用，这显然是巨大的，我甚至可以想象围绕着等待处理和使用的数据量。但是，你知道，你可以像那样将东西部署到边缘，对客户来说，在我的例子中，你知道，在我居住的地方，居民可以拥有智能电表，或者拥有转移本地负荷的能力。我只能想象这为增强弹性以及所有这些事情打开了哪些可能性。

完全正确。我认为，从短期转向中长期的时间尺度，我们对应用于材料发现的人工智能机会感到非常兴奋，我认为这在科学、能源方面都有应用。

国家安全，对吧？

我们经常谈论来自P和微软的这个例子，他们研究了潜在的电池材料宇宙。但我认为这只是故事的开始，对吧？显然，电池材料、碳捕获、储氢催化剂。

有很多机会可以发现新的材料，这些材料将对能源的丰富性和可负担性产生影响，而且对关键矿物和高超音速等战略技术也有影响，对吧？在这个领域有很多、很多应用。同样，在物理科学领域，显然，已经有很多工作正在进行中，用于气候的物理形式模型。我们需要能够跨多个时间尺度连接气候和天气，这将对灾难响应和防范以及更普遍的气候建模产生巨大影响。

是的。是的，正如你所说，这只是冰山一角，而且你知道，用可再生能源制造效率提高 70% 的汽车电池的想法对我来说有点令人难以置信，但这实际上只是故事的开始，对吧？在结束之前，我们先谈谈早期的事情，对于那些正在收听的人，也许他们是组织领导者、IT 领导者，或者在私营部门或公共部门工作的人，他们真的开始工作了，他们理解这个机会。

他们已经使用了一些人工智能工具。他们以同样的方式思考，对吧，那种短期和中期的时间尺度，你会给那些正在尝试利用人工智能的人一些建议，无论组织规模大小或政府规模如何，他们都在尝试领导这项倡议，并以可持续的方式思考。根据你的经验，有什么建议吗？

是的，我同时也是能源部的代理首席人工智能官，当我考虑能源部将如何利用人工智能并与我们的首席信息官密切合作时。我们认为，这对于能源部内部以及公司在考虑人工智能时都适用，我们真的需要创新信任的信函。

因此，我们真的需要考虑，我的意思是，当我为能源部考虑这个问题时，我想的是哪些是直接的用例，我们如何确保它们不会对安全产生影响，我们有哪些流程来管理这些风险。但我认为这里的总体建议确实是，不，这是一个变革性的工具。这是一个工具中的工具。

它非常强大。我们都应该弄清楚如何以最佳方式利用它来放大和增强我们正在做的工作。因此，我们每天都在考虑这个问题。我们认为，伙伴关系对我们的成功至关重要。在应用人工智能用于广泛的科学、能源和国家安全任务方面。

安塔问到，对于那些想了解更多关于你所涵盖的许多事情的听众，关键技术办公室正在做什么，能源部正在做什么好工作，他们可以在网上找到哪些地方……

开始吧。是的，关键和新兴技术办公室有一个网站，在那里，我们真的希望指出在整个部门和国家实验室中发生的所有不同和令人惊叹的活动。这是一个非常好的资源，可以了解更多关于我们的人工智能前沿、科学、安全和技术倡议以及可用的测试空间、国家实验室的培训机会、我们已经与他人合作开发的基础模型等等。

更多的时间。哦，再次感谢你抽出时间，海伦娜主任，来参加播客，并扩展对话。你在人工智能峰会上开始了这个话题，希望我们以后可以再次这样做。与此同时，我真的很兴奋地关注你和你的团队以及政府中其他人员正在做的工作，让所有人的生活都变得更好。谢谢。

谢谢。非常感谢。