2026年1月6日，在美国内华达州拉斯维加斯CES科技展上，美国核聚变公司联邦聚变系统（Commonwealth Fusion Systems，简称CFS）宣布与芯片制造商英伟达（NVIDIA）和工业技术集团西门子（Siemens）达成战略合作，共同开发其SPARC聚变机的数字孪生体。这一合作旨在通过人工智能（AI）、数据管理和项目管理工具，加速商业聚变能源的研发进程。
一、数字孪生体的技术架构与功能
1. 三方合作将基于西门子的Xcelerator工业软件组合构建数字孪生体，具体包括：
- Designcenter NX：用于高级产品工程设计的核心工具
- Teamcenter PLM：产品生命周期管理工具，用于创建、编目和处理机器设计与装配数据
- NVIDIA Omniverse库与OpenUSD：用于数据集成与可视化呈现
2. SPARC数字孪生体将实现以下关键能力：
- 多物理场仿真：将数据与经典物理模型、AI驱动的物理模型集成，创建高保真虚拟复制品
- 快速模拟优化：可运行数千种场景模拟，检验假设，将实验数据与模拟结果快速比对
- 制造流程优化：通过数字孪生体优化磁铁工厂的制造工艺和运营效率
- 加速迭代周期：将传统需要数年的手工实验压缩至数周的虚拟优化
二、合作各方的角色与价值
1. CFS的定位
作为全球最大的私营聚变公司，CFS提供SPARC装置的实际工程数据、物理模型和商业化需求。通过数字孪生体，CFS可显著缩短从设计到验证的时间周期，加速聚变能源商业化进程。
2. 英伟达的技术贡献
英伟达提供AI计算平台和Omniverse仿真技术，通过GPU加速计算能力，解决聚变装置中极其复杂的物理模拟问题。其强化学习、多模型整合技术将用于优化SPARC的运行规划。
3. 西门子的工业软件优势
西门子Xcelerator平台提供端到端的数字工程解决方案，包括从设计、制造到运营的全生命周期管理。其工业软件组合已在CFS马萨诸塞州德文斯的磁铁工厂应用，提升了制造效率。
三、SPARC装置建设进展
在宣布数字孪生体合作的同时，CFS还披露了SPARC装置的关键建设里程碑：磁体安装突破：SPARC装置已成功安装首块D形环向场（TF）磁体。这是该装置所需的18个D形环形磁场磁铁中的第一个，标志着SPARC建设进入实质性安装阶段。
1. 技术特点
- 磁体规格：每个D形磁体重约24吨，可产生20特斯拉的强磁场
- 超导技术：采用高温超导（HTS）磁体技术，能够无损耗传输高电流，承受托卡马克内部强磁场
- 紧凑化设计：HTS技术使磁体更小更强，提升聚变装置的经济可行性
2. 安装时间表
CFS首席执行官Bob Mumgaard表示，公司预计将在2026年夏末前完成全部18个磁体的安装。这一里程碑不仅体现了磁体技术的成熟，也标志着CFS从原型验证向全面生产的关键过渡。
四、与Google DeepMind的AI技术合作
除了与英伟达、西门子的数字孪生体合作，CFS在2025年10月16日已与谷歌旗下AI研究团队Google DeepMind达成深度技术合作，形成AI赋能核聚变的多路径技术布局。该合作聚焦于SPARC装置的运行控制优化，与数字孪生体在设计与制造阶段的优化形成技术互补。
Google DeepMind与CFS的合作围绕两大技术路径展开：
1. 基于TORAX平台的AI模拟体系
- 利用Google DeepMind开源的TORAX软件，构建等离子体物理模拟的多AI模型整合框架
- 该平台基于Google的JAX数值计算软件，可将分散在不同项目中的AI模型（如等离子体稳定性模拟、热损耗计算）高效整合
- 支持硬件加速处理器，大幅提升计算效率，为SPARC运行规划提供算力支撑
2. 实时控制与热管理系统AI化
- 将强化学习技术应用于SPARC的实时控制系统，构建"目标驱动-动态调整"的智能运行模式
- 通过模拟数千种运行参数组合（燃料注入量、射频加热强度、电磁铁电流等），在确保装置安全前提下筛选最优配置
- 在热管理领域，AI可模拟不同等离子体形状，优化热排气路径，在保证部件冷却的同时最大化装置性能
技术验证与前期成果
该技术路径已在瑞士洛桑联邦理工学院的TCV托卡马克装置中得到初步验证。Google DeepMind的AI通过强化学习确定了磁体控制方案，不仅实现了装置稳定运行，还探索出新型等离子体配置。在SPARC项目中，这一技术将进一步延伸至更复杂的运行场景。
这种多技术路径布局体现了CFS在聚变商业化进程中的"技术组合拳"策略——通过数字孪生体加速装置建造，通过AI控制优化运行性能，共同推动聚变能源从实验室走向电网。
参考链接：
- https://www.powermag.com/commonwealth-fusion-systems-siemens-nvidia-will-develop-fusion-digital-twin/
- https://cfs.energy/news-and-media/commonwealth-fusion-systems-accelerates-commercial-fusion-with-siemens-and-nvidia-leveraging-ai-powered-digital-twins
- https://blog.cfs.energy/with-ai-alliance-google-deepmind-and-cfs-take-fusion-to-the-next-level/