التوسع السريع للذكاء الاصطناعي يدفع الطلب غير المسبوق على قوة الحوسبة.لم تعد اختناقات الصناعة تقتصر على أداء المعالج فقط.

تواجه مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الحديثة أربعة تحديات مهمة للبنية التحتية:

• توصيل الطاقة
• الاتصالات عالية السرعة
• الارتباطات البصرية
• إدارة الحرارة

لمواجهة هذه التحديات، أصبحت أربع مواد نصف موصل متقدمة ذات أهمية متزايدة:

• كربيد السيليكون (SiC)
• نتريد الغاليوم (GaN)
• فوسفيد الانديوم (InP)
• الماس

كل مادة تقدم خصائص مادية فريدة تجعلها لا غنى عنها لنظم الذكاء الاصطناعي من الجيل القادم.

كربيد السيليكون (SiC) لأنظمة الطاقة عالية الكفاءة

وبما أن خوادم الذكاء الاصطناعي تستمر في زيادة استهلاك الطاقة، فإن بنيات الطاقة التقليدية تواجه قيودًا في الكفاءة.تتطلب توزيع مزيد من الجهد وتحويل طاقة أكثر كفاءة.

ظهر الكربيد السيليكوني كمادة رئيسية لألكترونيات الطاقة المتقدمة بسبب:

• الجهد العالي للانقطاع
• خسائر التبديل المنخفضة
• موصلة حرارية ممتازة
• القدرة على العمل في درجات حرارة عالية

بالمقارنة مع أجهزة الطاقة السيليكونية التقليدية ، يمكن أن تحسن MOSFETs القائمة على SiC بكفاءة تحويل الطاقة بشكل كبير مع تقليل توليد الحرارة.

تطبيقات البنية التحتية للذكاء الاصطناعي

• أنظمة طاقة متواصلة عالية الجهد
• مصادر الطاقة لمراكز البيانات
• محولات الحالة الصلبة
• دمج الطاقة المتجددة
• البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية

المزايا الرئيسية

مع تحرك مرافق الذكاء الاصطناعي نحو بنيات طاقة عالية الجهد، من المتوقع أن تلعب أجهزة SiC دورًا مهمًا متزايدًا في البنية التحتية للحوسبة الفعالة للطاقة.

نتريد الغاليوم (GaN) للاتصالات عالية التردد

يعتمد حوسبة الذكاء الاصطناعي بشكل كبير على نقل البيانات السريع بين الخوادم وأنظمة التخزين ومعدات الشبكة.أصبح نتريد الغاليوم مادة مفضلة لتطبيقات الطاقة عالية التردد.

(غان) تقدم:

• حركة الكترونات العالية
• كثافة طاقة عالية
• أداء التردد العالي
• انخفاض استهلاك الطاقة

هذه المزايا تجعل GaN مناسبة بشكل خاص لأنظمة الاتصالات اللاسلكية من الجيل التالي.

الذكاء الاصطناعي وتطبيقات الاتصال

• شبكات الجيل الخامس والجيل السادس في المستقبل
• الاتصالات عبر الأقمار الصناعية
• أنظمة رادار المراحل
• وحدات RF الأمامية
• مصادر الطاقة عالية الكثافة

لماذا مهمة غان

بالمقارنة مع مواد أشباه الموصلات التقليدية ، يمكن لأجهزة GaN العمل في ترددات أعلى مع الحفاظ على كفاءة ممتازة ،تمكين الاتصالات الأسرع والأكثر موثوقية للشبكات القائمة على الذكاء الاصطناعي.

فوسفيد الانديوم (InP) للاتصالات البصرية

مع توسيع نطاق مجموعات الذكاء الاصطناعي إلى عشرات الآلاف من المسرعات، تصبح الروابط المتبادلة الكهربائية بشكل متزايد عقبة في الأداء.لقد ظهرت الاتصالات البصرية كحل مفضل لنقل البيانات بسعة النطاق العالية.

فوسفيد الإنديوم هو أحد أهم مواد الركيزة لمكونات الاتصالات البصرية عالية السرعة.

التطبيقات الرئيسية

• أجهزة الإرسال البصري
• ليزر EML
• تكامل الفوتونيات السيليكونية
• أجهزة البصريات المعبأة معاً (CPO)
• الشبكات البصرية لمراكز البيانات

مزايا InP

• أشباه الموصلات المباشرة
• كفاءة ممتازة في الانبعاثات البصرية
• القدرة على تعديل السرعة العالية
• التوافق مع أجهزة الاتصال البصرية

تعتمد الوحدات البصرية الحديثة 800G و 1.6T والمستقبلية 3.2T بشكل كبير على تقنيات الليزر القائمة على InP لدعم متطلبات النطاق الترددي الضخمة لمجموعات الحوسبة الذكية.

الماس CVD لإدارة الحرارة المتقدمة

أصبحت الحرارة واحدة من أهم الحواجز أمام نمو أداء الذكاء الاصطناعي.

أجهزة تسريع الذكاء الاصطناعي الحديثة تولد حمولات حرارية هائلة، ومواد التبريد التقليدية تقترب من حدودها الفيزيائية.

الماس CVD يجتذب اهتمامًا كبيرًا كمادة متقدمة لإدارة الحرارة بسبب موهبته الحرارية الاستثنائية.

مقارنة الموصلات الحرارية

الماس CVD يمكن أن تقود الحرارة حوالي:

• أفضل بـ 5 مرات من النحاس
• أفضل 4×5 مرات من SiC
• أكثر من 10 مرات أفضل من السيليكون

تطبيقات التبريد الذكي

• أجهزة توزيع الحرارة GPU
• مخزونات الحرارة المتقدمة
• إدارة الحرارة على مستوى الشريحة
• أجهزة فوتونية عالية الطاقة
• التبريد بالاتصالات الراديوية وإلكترونيات الطاقة

مع استمرار معالجات الذكاء الاصطناعي في زيادة كثافة الطاقة، قد تصبح الحلول الحرارية القائمة على الماس ضرورية للحفاظ على التشغيل الموثوق به وتعظيم الأداء.

مقارنة مواد أشباه الموصلات الرابعة الرئيسية لذكاء اصطناعي

معًا، تشكل هذه المواد أساس بنية تحتية الذكاء الاصطناعي من الجيل القادم.

توقعات المستقبل

ثورة الذكاء الاصطناعي تدفع الطلب إلى ما هو أبعد بكثير من تقنيات أشباه الموصلات التقليديةوإدارة حرارية أكثر فعالية.

ونتيجة لذلك، مواد نصف الموصلات المتقدمة مثل كربيد السيليكون، نتريد الغاليوم، فوسفيد الإنديوم،ومن المتوقع أن تلعب الماسة CVD أدوار متزايدة الأهمية في تمكين الجيل القادم من أنظمة الذكاء الاصطناعي.

بالنسبة لمصنعي أشباه الموصلات والمؤسسات البحثية ومطوري التكنولوجيا، هذه المواد تمثل بعض من أكثر مجالات الابتكار الواعدة في العقد المقبل.