De snelle uitbreiding van kunstmatige intelligentie zorgt voor een ongekende vraag naar rekenkracht.de knelpunten van de industrie zijn niet langer beperkt tot de prestaties van de processor.

Moderne AI-datacenters worden geconfronteerd met vier kritieke infrastructuurproblemen:

• Energielevering
• Hoogsnelheidscommunicatie
• Optische interconnecties
• Thermisch beheer

Om deze uitdagingen aan te gaan, worden vier geavanceerde halfgeleidermaterialen steeds belangrijker:

• Siliciumcarbide (SiC)
• Galliumnitrium (GaN)
• Indiumfosfide (InP)
• CVD Diamond

Elk materiaal heeft unieke fysische eigenschappen die het onmisbaar maken voor AI-systemen van de volgende generatie.

Siliciumcarbide (SiC) voor hoogwaardige energiesystemen

Als AI servers blijven toenemen in energieverbruik, conventioneel energie architecturen geconfronteerd met efficiëntie beperkingen.die een hogere spanningsverdeling en een efficiëntere vermogenskonversie vereisen.

Siliciumcarbide is een belangrijk materiaal geworden voor geavanceerde krachtelektronica vanwege zijn:

• Hoog onderbrekingsspanning
• Laag wisselverlies
• Uitstekende warmtegeleiding
• Hoogtemperatuurvermogen

In vergelijking met traditionele silicium-energieapparaten kunnen MOSFET's op basis van SiC de efficiëntie van energieomzetting aanzienlijk verbeteren en tegelijkertijd de warmteopwekking verminderen.

AI-infrastructuurtoepassingen

• Hoogspanningsstroomstelsels voor gelijkstroom
• Stroomvoorzieningen voor datacenters
• met een vermogen van niet meer dan 50 W
• Integratie van hernieuwbare energiebronnen
• Infrastructuur voor het opladen van elektrische voertuigen

Belangrijkste voordelen

Naarmate AI-faciliteiten zich richt op architecturen met een hogere spanning, zullen SiC-apparaten naar verwachting een steeds belangrijkere rol spelen in energiezuinige computinginfrastructuur.

Galliumnitried (GaN) voor hoogfrequente communicatie

AI-computing is sterk afhankelijk van snelle gegevensoverdracht tussen servers, opslagsystemen en netwerkapparatuur.Galliumnitride is een voorkeurmateriaal geworden voor RF- en hoogfrequente energietoepassingen.

GaN biedt:

• Hoge elektronenmobiliteit
• Hoge vermogendichtheid
• Hoogfrequente prestaties
• Verminderd energieverbruik

Deze voordelen maken GaN bijzonder geschikt voor draadloze communicatiesystemen van de volgende generatie.

AI en communicatieapplicaties

• 5G- en toekomstige 6G-netwerken
• Satellietcommunicatie
• Fase-array radarsystemen
• RF front-end modules
• Hoogdichtheidsvoorraden

Waarom GaN belangrijk is

In vergelijking met conventionele halfgeleidermaterialen kunnen GaN-apparaten bij hogere frequenties werken met behoud van een uitstekend rendement.het mogelijk maken van snellere en betrouwbaarder communicatie voor AI-gebaseerde netwerken.

Indiumfosfide (InP) voor optische interconnecties

Naarmate AI-clusters tot tienduizenden versnellers scalen, worden elektrische interconnecties steeds meer een prestatieflesskloof.De optische communicatie is de voorkeursoplossing geworden voor de gegevensoverdracht met een hoge bandbreedte.

Indiumfosfide is een van de belangrijkste substraatmaterialen voor optische communicatiecomponenten met hoge snelheid.

Belangrijkste toepassingen

• optische transceivers
• EML-lasers
• Integratie van siliciumfotonica
• met een vermogen van niet meer dan 50 W
• Optische netwerken voor datacenters

Voordelen van InP

• Direct bandgap halfgeleider
• Uitstekende efficiëntie optische emissie
• Vermogen tot modulatie met hoge snelheid
• Compatibiliteit met optische communicatieapparatuur

Moderne 800G, 1.6T en toekomstige 3.2T optische modules zijn sterk afhankelijk van InP-gebaseerde lasertechnologieën om de enorme bandbreedtevereisten van AI-computingclusters te ondersteunen.

CVD Diamond voor geavanceerd thermisch beheer

Warmte is een van de belangrijkste barrières geworden voor de groei van de prestaties van AI.

Moderne AI-versnellers genereren enorme thermische belastingen en traditionele koelmiddelen naderen hun fysieke grenzen.

CVD-diamant trekt aanzienlijke aandacht als een geavanceerd materiaal voor thermisch beheer vanwege zijn buitengewone thermische geleidbaarheid.

Vergelijking van de warmtegeleidbaarheid

CVD-diamant kan ongeveer warmte geleiden:

• 5 keer beter dan koper
• Vier tot vijf keer beter dan SiC.
• Meer dan tien keer beter dan silicium.

AI-koelingstoepassingen

• GPU-warmteverspreiders
• Geavanceerde warmteafzuigers
• Thermisch beheer op chipniveau
• Hoogvermogende fotonische apparaten
• RF- en vermogenselektronische koeling

Aangezien AI-processors de krachtdichtheid blijven verhogen, kunnen op diamanten gebaseerde thermische oplossingen essentieel worden voor het behoud van een betrouwbare werking en het maximaliseren van de prestaties.

Vergelijking van de vier belangrijkste AI-halfgeleidermaterialen

Samen vormen deze materialen de basis van de volgende generatie AI-infrastructuur.

Toekomstige vooruitzichten

De AI-revolutie drijft de vraag veel verder dan traditionele halfgeleidertechnologieën.en een effectiever thermisch beheer.

Als gevolg hiervan zijn geavanceerde halfgeleidermaterialen zoals siliciumcarbide, galliumnitride, indiumfosfide,en CVD-diamant zullen naar verwachting een steeds belangrijkere rol spelen bij het mogelijk maken van de volgende generatie AI-systemen.

Voor halfgeleiderfabrikanten, onderzoeksinstellingen en technologische ontwikkelaars zijn deze materialen enkele van de meest veelbelovende innovatiegebieden in het komende decennium.