Puolijohdevalmistaja Nexperia nostaa esiin tekoälyn kääntöpuolen: sähkö ei välttämättä riitä kattamaan datakeskusten kasvavaa energiantarvetta. Yhtiön strategiajohtaja Dirk Wittorf esitteli Madridissa, kuinka tekoälyn ja suurten kielimallien koulutuksen vaatima laskentateho syö sähköä ennennäkemättömällä vauhdilla.
Wittorfin mukaan AI-palvelimet kuluttavat jo nelinkertaisesti enemmän sähköä kuin perinteiset pilvipalvelimet. Datakeskusten energiankulutus voi vuoteen 2030 mennessä nousta 1000 terawattituntiin vuodessa, mikä vastaa noin sadan ydinvoimalan tuotantoa. - Jos tekoälyn kasvu jatkuu nykyvauhtia, maailma tarvitsee kirjaimellisesti sata uutta ydinvoimalaa, Wittorf totesi.
Yhtälö on vaikea, kun muistetaan, että Euroopassa ei ole tällä hetkellä rakenteilla yhtään uutta ydinvoimalaa.
Jännitteet nousevat 48 voltista 1500 volttiin
Datakeskusten tehovaatimukset kasvavat nopeasti. Vielä muutama vuosi sitten palvelinrivin tehonsyöttö hoitui 12–48 voltin väylillä, mutta nyt puhutaan 800 ja pian jopa 1500 voltin tasoista. Syynä on Nvidian, Googlen ja muiden suurten toimijoiden uusien AI-kiihdyttimien massiivinen virrantarve. Yksittäinen AI-laskentaan dedikoitu räkki voi jo kuluttaa 60 kilowattia, ja Nvidian uusimmat järjestelmät yltävät 150 kilowattiin.
Tämä muutos muokkaa myös elektroniikan arkkitehtuuria. - Kun jännitteet nousevat näin korkeiksi, perinteinen piipohjainen elektroniikka ei enää riitä. Tarvitaan uusia materiaaleja, kuten piikarbidi (SiC) ja galliumnitridi (GaN), Wittorf selitti.
Nexperia on sijoittanut 200 miljoonaa euroa Hampurin tehtaaseen, jossa käynnistetään SiC- ja GaN-teknologioihin perustuvaa tuotantoa. SiC soveltuu suurille virroille ja korkeille jännitteille, kun taas GaN tarjoaa paremman hyötysuhteen ja soveltuu erityisesti tekoälypalvelimien tehomuunnoksiin.
- GaN on erinomainen ratkaisu 650 voltin alueella, mutta autojen ja datakeskusten 800 voltin tasolla SiC on välttämätön. Siksi kehitämme molempia rinnakkain, Wittorf kertoi.
Nexperia näkee tekoälyn ja sähköistymisen samoina megatrendeinä, jotka ohjaavat koko puolijohdeteollisuutta. Sähköautoissa puolijohteiden määrä on kolminkertainen verrattuna polttomoottoriautoihin.
Yhtiön strateginen tavoite on kasvaa perinteisestä erilliskomponenttien valmistajasta täyden palvelun teho- ja analogi-IC-toimittajaksi. R&D-panostukset ovat nousseet nopeasti: Nexperian aikaan NXP-konsernissa tutkimukseen käytettiin 7 % liikevaihdosta, nyt osuus on lähes 15 prosenttia.
Wittorfin viesti oli kaksijakoinen: tekoäly avaa puolijohteille valtavat markkinat, mutta samalla se nostaa kriittisen kysymyksen energiasta. - Jos AI:n laskentateho kasvaa kuten nyt, sähkö loppuu kesken. Datakeskukset yksin voivat kuluttaa enemmän energiaa kuin monet maat yhteensä. Tämän vuoksi meidän on kehitettävä entistä energiatehokkaampia piirejä – muuten tekoäly pysähtyy sähköpulan vuoksi.
Nexperia korostaa, että ratkaisu ei ole pelkkä kapasiteetin lisääminen, vaan älykkäämpi tehonhallinta. Uudet Nexperian ASFETit, eFuse-piirit, LDO-säätimet ja USB PD -ohjaimet on suunniteltu pienentämään häviöitä datakeskusten, autojen ja teollisuuden teholinjoissa.
Tekoäly, kehittyneet yhteydet ja tietoturva muuttavat sulautettujen järjestelmien arkkitehtuureja. Laskentateho kasvaa nopeasti samaan aikaan, kun laitteiden fyysinen koko pienenee. Tietoturva, datan hallinta ja uudet säädökset lisäävät vaatimuksia niin yhteyksille kuin suunnittelullekin. Samalla laitevalmistajat pyrkivät nopeuttamaan tuotekehitys- ja testaussyklejään.
