Растущее потребление энергии платформами с искусственным интеллектом заставляет искать любую возможность снизить его. Вариантов не так много, и один из них предложила немецкая компания Infineon Technologies. Ей оказалось по силам уменьшить потери в силовых полупроводниках, которые обеспечивают питание процессорам, компонентам ИИ-платформ и не только. Для этого компания освоила технологию выпуска самых тонких в мире кремниевых подложек — вдвое тоньше рыночных.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Современные тонкие кремниевые пластины диаметром до 300 мм имеют на выходе толщину 40–60 мкм. В Infineon разработали финальный процесс полировки, позволяющий уменьшить толщину пластины — подложки для будущего изготовления на ней чипов — до 20 мкм. Для сравнения, толщина человеческого волоса в среднем достигает 80 мкм. Чтобы изготовить кремниевую подложку диаметром 30 см и толщиной 20 мкм, необходимо достичь высокой точности на всех этапах производства — от резки до шлифовки. По словам представителей Infineon, компания готова внедрять эти технологии для массового производства чипов.

Компания Infineon входит в число производителей полупроводников, выпускающих силовые компоненты из кремния, карбида кремния и нитрида галлия. Использование материалов за пределами чистого кремния позволяет создавать более эффективные и мощные комплектующие для подсистем питания и преобразования напряжений и токов. Это крайне важно в условиях растущего потребления энергии. Применение более тонких пластин для изготовления силовых чипов на 50 % снижает сопротивление подложек и, в целом, уменьшает потери мощности на 15 %.

Процессоры и чипы ИИ переходят на питание со стороны подложки, которое поступает по вертикальным каналам металлизации. Сокращение длины (высоты) этих каналов в схемах MOSFET снижает их сопротивление, что ведёт к повышению КПД и увеличению плотности мощности. В масштабах ЦОД с ИИ это может привести к значительной экономии на потреблении энергии. В Infineon обещают в течение двух лет обеспечить новыми «тонкими» силовыми чипами всех заинтересованных заказчиков.

Силовая электроника востребована в наши дни в связи с электрификацией транспорта, и перспективным направлением её развития считается выпуск компонентов из нитрида галлия (GaN), которые способны выдерживать более высокие нагрузки и температуры по сравнению с кремниевыми. Infineon первой среди конкурентов освоила технологию выпуска таких компонентов на пластинах диаметром 300 мм.

Источник изображения: Infineon Technologies

До сих пор компоненты из нитрида галлия производились с использованием пластин типоразмера 200 мм, поэтому увеличение диаметра в полтора раза будет способствовать снижению себестоимости подобной продукции, поскольку с одной пластины можно будет получить в 2,3 раза больше чипов, и некоторые постоянные расходы удастся распределить на больший объём изделий. По информации представителей Infineon, первые образцы продукции, изготовленной таким методом, клиенты компании получат в четвёртом квартале 2025 года.

Помимо автомобильной отрасли, чипы из нитрида галлия найдут применение в сегменте ПК, потребительской электроники, серверного оборудования, робототехники и промышленной автоматизации. В тех же серверных системах использование компонентов такого типа позволит создавать более компактные и эффективные блоки питания. Важно, что пластины из нитрида галлия типоразмера 300 мм можно будет обрабатывать на имеющемся оборудовании, подходящем для работы с кремниевыми компонентами. Первой данную технологию производства сможет внедрить австрийское предприятие Infineon.

В дальнейшем себестоимость GaN-компонентов сравняется с кремниевыми, как убеждено руководство Infineon, причём переход на типоразмер пластин 300 мм будет этому во многом способствовать. Увеличение диаметра подложек при работе с данным материалом во многом усложнено тем, что необходимо сохранять равномерность распределения материала по пластине. Альтернативным направлением развития силовой электроники считается использования карбида кремния, но в этой сфере типоразмер обрабатываемых пластин только увеличился с 150 до 200 мм. Infineon занимается выпуском таких чипов на своём предприятии в Малайзии, которое является крупнейшим в мире. Рынок компонентов из нитрида галлия к 2029 году должен увеличиться в девять раз до $2,25 млрд, по оценкам аналитиков Yole.

Квартальная статистика немецкого производителя чипов Infineon Technologies отображает сразу две тенденции. Во-первых, спрос на электромобили рос не так быстро, как ожидалось, поэтому выручка от реализации специализированных чипов сократилась. Во-вторых, многострадальная немецкая промышленность в текущих условиях не может себе позволить содержать прежнее число специалистов, а потому Infineon пойдёт на сокращение численности персонала в Германии.

Источник изображения: Infineon Technologies

В целом, падение выручки и снижение нормы прибыли, как отмечает Reuters, вынудят Infineon сократить 1400 человек по всему миру, а ещё 1400 сотрудников переедут из Германии в страны с более низкими зарплатами, либо соответствующие ставки будут предложены специалистам в этих странах после сокращения немецких коллег. В число увольняемых войдут сотрудники немецкого предприятия Infineon в Регенсбурге.

По информации Bloomberg, компания столкнулась в минувшем квартале со снижением выручки на 9,5 % до 3,7 млрд евро в годовом сравнении. Аналитики рассчитывали в среднем на 3,79 млрд евро выручки, а вот норма прибыли на уровне 19,8 % оказалась в том же диапазоне, на который они рассчитывали. Генеральный директор Йохен Ханебек (Jochen Hanebeck) заявил: «Затянувшаяся кризисная ситуация в экономике привела к превышению складскими запасами реальных потребностей рынка во многих сегментах». Проще говоря, спрос на чипы оказался ниже ожиданий.

В автомобильном сегменте в частности выручка Infineon сократилась за год с 2,13 до 2,11 млрд евро, и это был самый крупный источник доходов компании. Впрочем, последовательно наблюдался некоторый рост выручки, поскольку спрос на автомобили с продвинутым программным обеспечением за период всё же вырос. В текущем квартале Infineon рассчитывает на получение выручки в размере 4 млрд евро, что выше ожиданий аналитиков, но прогноз по норме выручки в размере 20 % оказался ниже ожидаемых 22 %. Акции компании упали в цене на 3,4 % после публикации отчётности и новостей о предстоящих сокращениях персонала.

Центры обработки данных, предназначенные для обучения и работы алгоритмов искусственного интеллекта, потребляют огромные объёмы энергии, а крупные технологические компании стремятся снизить число сбоев и нормировать подачу питания. Собственное решение этой проблемы предложила немецкая Infineon — сверхмощные блоки питания для нынешних и перспективных серверов.

Источник изображений: infineon.com

Infineon анонсировала блоки питания нового поколения, которые будут работать в ЦОД, ориентированных на облачные серверы и алгоритмы ИИ. Они обеспечат мощность до 12 кВт, объединяя компоненты из трёх полупроводниковых материалов на модуле. Первые модели номинальной мощностью 8 кВт поступят в продажу в I квартале 2025 года, а сроки выхода более мощных блоков питания пока не уточняются. На модуле устанавливаются компоненты из кремния (Si), карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) — это сочетание помогло существенно повысить энергетические характеристики, эффективность и надёжность. Блоки питания мощностью 12 кВт обеспечат КПД до 97,5 %, а модели на 8 кВт смогут работать в ИИ-стойках мощностью 300 кВт и выше.

Нитрид галлия — материал, который помог в последние годы уменьшить размеры потребительских зарядных устройств; а карбид кремния призван обеспечить высокую эффективность при высоких уровнях напряжения. SiC используется в преобразователях постоянного тока в электромобилях, и он также способен работать в системах с подачей высокой мощности на ИИ-ускорители. Из-за широкого распространения чат-ботов нового поколения и различных служб на основе ИИ потребности ЦОД в энергоресурсах существенно выросли. Infineon отмечает, что её новые блоки питания помогут этим объектам снизить энергопотребление за счёт высоких КПД, а также сократить выбросы парниковых газов и уменьшить операционные расходы.

К 2030 году на ЦОД будут приходиться 7 % мирового потребления энергии, гласят отраслевые прогнозы. Современные производительные ИИ-ускорители потребляют до 1 кВт на чип, а к концу десятилетия этот показатель вырастет до 2 кВт. Занимающиеся ИИ крупные технологические компании уже ощутили влияние этого растущего спроса на электроэнергию: так, Amazon была вынуждена нормировать ресурсы, чтобы избежать сбоев в работе своих ЦОД в Дублине.