Быстрое расширение искусственного интеллекта приводит к беспрецедентному спросу на вычислительную мощность.Недостатки отрасли больше не ограничиваются только производительностью процессоров.

Современные центры обработки данных ИИ сталкиваются с четырьмя критическими инфраструктурными проблемами:

• Подача энергии
• Высокоскоростные связи
• Оптические соединения
• Термоуправление

Для решения этих задач четыре передовых полупроводниковых материала приобретают все большее значение:

• Силиконовый карбид (SiC)
• Нитрид галлия (GaN)
• Индий фосфид (InP)
• Диамант сердечно-сосудистой болезни

Каждый материал обладает уникальными физическими свойствами, которые делают его незаменимым для систем ИИ следующего поколения.

Силиконовый карбид (SiC) для высокоэффективных энергосистем

Поскольку серверы ИИ продолжают увеличивать потребление энергии, традиционные энергетические архитектуры сталкиваются с ограничениями эффективности.требующие более высокого распределения напряжения и более эффективного преобразования мощности.

Карбид кремния стал ключевым материалом для передовой силовой электроники благодаря своему:

• Высокое разрывное напряжение
• Низкие потери при переключении
• Отличная теплопроводность
• Возможность работы при высоких температурах

По сравнению с традиционными кремниевыми устройствами питания, MOSFET на основе SiC могут значительно улучшить эффективность преобразования энергии при одновременном сокращении выработки тепла.

Приложения инфраструктуры ИИ

• Высоковольтные системы постоянного тока
• Электрические источники для ЦОД
• Трансформаторы твердого состояния
• Интеграция возобновляемых источников энергии
• Инфраструктура зарядки электромобилей

Ключевые преимущества

По мере того, как объекты ИИ переходят к высоковольтным энергетическим архитектурам, ожидается, что устройства SiC будут играть все более важную роль в энергоэффективной вычислительной инфраструктуре.

Нитрид галлия (GaN) для высокочастотных коммуникаций

ИИ-вычисления в значительной степени зависят от быстрой передачи данных между серверами, системами хранения и сетевым оборудованием.Галлиевый нитрид стал предпочтительным материалом для применения в радиочастотном и высокочастотном питании.

GaN предлагает:

• Высокая мобильность электронов
• Высокая плотность мощности
• Высокочастотная производительность
• Снижение энергопотребления

Эти преимущества делают GaN особенно подходящим для беспроводных систем связи следующего поколения.

ИИ и коммуникационные приложения

• 5G и будущие сети 6G
• Спутниковая связь
• Радарные системы с фазовым массивом
• Модули RF-фронт-энда
• Силовые источники высокой плотности

Почему ГаН имеет значение

По сравнению с обычными полупроводниковыми материалами, GaN-устройства могут работать на более высоких частотах при сохранении отличной эффективности,обеспечение более быстрой и надежной связи для сетей, работающих на основе ИИ.

Индий фосфид (InP) для оптических соединений

По мере того, как кластеры ИИ увеличиваются до десятков тысяч ускорителей, электрические взаимосвязи все чаще становятся узким горлом производительности.Оптическая связь стала предпочтительным решением для передачи данных высокой полосы пропускания.

Фосфид индия является одним из важнейших субстратов для высокоскоростных компонентов оптической связи.

Основные применения

• Оптические приемники
• Лазеры EML
• Интеграция кремниевой фотоники
• Оптические комплектующие (CPO)
• Оптические сети ЦОД

Преимущества InP

• Полупроводники прямого диапазона
• Отличная эффективность оптических выбросов
• Возможность высокоскоростной модуляции
• Совместимость с оптическими устройствами связи

Современные оптические модули 800G, 1.6T и 3.2T в будущем в значительной степени полагаются на лазерные технологии на основе InP для поддержки огромных требований к пропускной способности вычислительных кластеров ИИ.

CVD Diamond для продвинутого теплового управления

Тепло стало одним из наиболее значимых барьеров для роста производительности ИИ.

Современные ускорители ИИ генерируют огромные тепловые нагрузки, а традиционные материалы для охлаждения приближаются к своим физическим пределам.

CVD алмаз привлекает значительное внимание как продвинутый материал теплового управления из-за его чрезвычайной теплопроводности.

Сравнение теплопроводности

СВД-диамант может проводить тепло приблизительно:

• В 5 раз лучше, чем медь.
• В 4,5 раза лучше, чем SiC.
• Более чем в 10 раз лучше кремния.

Приложения для охлаждения ИИ

• Групповые теплораспределители
• Усовершенствованные теплоотводы
• Тепловое управление на уровне чипа
• Высокомощные фотонические устройства
• Охлаждение радиочастот и силовой электроники

По мере того, как мощность процессоров ИИ продолжает увеличиваться, тепловые решения на основе алмазов могут стать необходимыми для поддержания надежной работы и максимизации производительности.

Сравнение четырех ключевых материалов полупроводников ИИ

Вместе эти материалы составляют основу инфраструктуры ИИ следующего поколения.

Перспективы на будущее

Искусственный интеллект повышает спрос далеко за пределами традиционных полупроводниковых технологий.и более эффективное тепловое управление.

В результате, передовые полупроводниковые материалы, такие как карбид кремния, нитрид галлия, фосфид индия,и CVD алмаз, как ожидается, играют все более важные роли в обеспечении следующего поколения систем ИИ.

Для производителей полупроводников, научно-исследовательских учреждений и разработчиков технологий эти материалы представляют собой одни из самых перспективных областей инноваций в ближайшее десятилетие.