Umělá inteligence (AI) je hybnou silou bezprecedentního růstu ve výrobě polovodičů i ve vysoce výkonných datových centrech. Méně viditelnou než rostoucí poptávka po elektřině je další výzva, která zasahuje celý ekosystém AI: voda. Odborníci společnosti Exyte Hartmut Schneider a Manfred Engelhard vysvětlují, proč se voda stává strategickým zdrojem v celém hodnotovém řetězci AI a jak mohou technická řešení pomoci provozovatelům vyvážit úsporu vody s energetickou účinností.

 

Poptávka po AI čipech a výpočetní kapacitě zrychluje. Továrny na polovodiče vyžadují pro výrobní procesy velké objemy ultračisté vody (UPW). Datová centra AI jsou závislá na chladicích systémech, které odvádějí teplo vznikající při rychle rostoucí výpočetní zátěži. Zároveň klimatické modely naznačují, že regionů trpících nedostatkem vody přibývá, takže udržitelné hospodaření s vodou se stává stále důležitějším hlediskem při plánování nových zařízení. 
 

AI zvyšuje poptávku po vodě od výroby až po provoz 


Rostoucí poptávka po AI začíná dávno předtím, než se čip dostane do datového centra. Výroba integrovaných obvodů (IC) ze své podstaty vyžaduje ultračistou vodu (UPW) pro polovodičové výrobní procesy, jako jsou mokré čištění, mokré leptání a chemicko-mechanická planarizace (CMP). Poptávka po vodě dále roste s tím, jak se technologické uzly zmenšují a výrobní složitost se zvyšuje. Pokročilé technologie pouzdření přidávají další procesní kroky a spotřebu vody dále zvyšují. Prognózy odvětví naznačují, že globální výrobní kapacita polovodičů bude až do konce desetiletí nadále výrazně růst, přičemž velká část tohoto růstu souvisí s aplikacemi AI.  

Podle Hartmuta Schneidera, Senior Director Technology Management Semiconductor, je třeba řízení hospodaření s vodou zohlednit již v rané fázi návrhu zařízení, aby bylo možné vyvážit úspory vody a energetickou náročnost.

„Většina růstu kapacit bude založena na AI, což zvyšuje spotřebu vody na wafer,“ říká Hartmut Schneider, Senior Director Technology Management Semiconductor ve společnosti Exyte. Společnost tento trend sleduje napříč polovodičovými projekty po celém světě a spolupracuje s klienty na vyhodnocování účinných strategií pro snižování spotřeby sladké vody při navrhování, výstavbě a provozu zařízení. 

 

Reklamace vody mění výzvu v příležitost 

Odvětví nezačíná od nuly. Již existuje více technologií ke snížení spotřeby sladké vody v polovodičových provozech. Podle analýzy společnosti Exyte mohou nejlepší továrny ve své třídě dosáhnout míry reklamace přesahující 85 procent díky pokročilým konceptům reklamace odpadních vod. S pokračujícím růstem poptávky poháněné AI bude zlepšování hospodaření s vodou vyžadovat investice do stávajících wafer fabs i zavedení nejvyšších proveditelných měr reklamace v nových provozech.  

„K dosažení takové míry zpětného získávání vody prostřednictvím pokročilých konceptů úpravy a recyklace je výzvou určit, která kombinace technologií přináší správnou rovnováhu mezi úsporami vody a energií potřebnou k jejich dosažení,“ říká Schneider. 

Strategie zpětného získávání vody mohou zahrnovat segregaci odpadních vod, zpětné získávání vody na konci potrubí (EOP), systémy nulového kapalného odpadu (ZLD), správu solanky pro získávání vody z koncentrovaných odpadních proudů a technologie úpravy pro nově se objevující znečišťující látky. Optimální řešení závisí na podmínkách konkrétního místa a požadavcích projektu. 

Právě zde Exyte podporuje klienty v průběhu celého životního cyklu projektu. Jako globální společnost EPC realizující pokročilé polovodičové provozy pomáhá Exyte klientům posoudit strategie zpětného získávání vody pro nové i stávající továrny, aby před implementací určila nejvhodnější přístup. 

„Hospodaření s vodou je třeba zohlednit už v rané fázi návrhu zařízení.  Včasné plánování pomáhá provozovatelům porozumět tomu, jaký dopad mají různé koncepty zpětného získávání vody na spotřebu vody a energetickou náročnost ještě před zahájením výstavby,“ dodává Schneider. 
 

Datová centra pro AI čelí vlastní výzvě v oblasti vody 

Diskuse o infrastruktuře AI se často zaměřuje na spotřebu elektřiny. Voda se však stává stejně důležitou, protože hustota výpočetního výkonu nadále roste. Očekává se, že pracovní zátěže AI budou představovat většinu budoucího růstu poptávky po datových centrech, což výrazně zvýší požadavky na chlazení zařízení nové generace. 

Manfred Engelhard považuje kompromis mezi spotřebou vody a energie za klíčové hledisko při návrhu datových center nové generace pro AI.

„Bez pokročilých technologií odvodu tepla by spotřeba chladicí vody v datových centrech po celém světě mohla do roku 2030 překročit 550 miliard litrů,“ říká Manfred Engelhard, Senior Director Technology Management Data Centers ve společnosti Exyte.

Rostoucí hustota výkonu uvnitř serverů pro AI generuje více tepla, a proto jsou pokročilé technologie chlazení nezbytné. V závislosti na lokalitě a provozních požadavcích si provozovatelé mohou vybrat mezi mokrými chladicími věžemi, hybridními suchými chladiči (HDC) nebo vzduchem chlazenými chladiči (ACC). Každá možnost představuje jinou rovnováhu mezi spotřebou vody a spotřebou energie. Mokré chlazení nabízí vysokou energetickou účinnost, ale spotřebovává významné množství vody, zatímco vzduchem chlazené systémy mohou zcela eliminovat potřebu chladicí vody, i když za cenu vyšší spotřeby energie. Hybridní suché chlazení představuje střední cestu, výrazně snižuje potřebu vody a zároveň zachovává příznivou energetickou účinnost.  

„Neexistuje univerzální řešení pro všechny. Nejúčinnější koncept chlazení závisí na místních podmínkách, včetně klimatu, dostupnosti vody a energetické infrastruktury,“ říká Engelhard. „V oblastech s nedostatkem vody se může hlavním cílem návrhu stát snížení spotřeby vody, zatímco jiné lokality mohou upřednostňovat energetickou účinnost. Bezvodé chlazení datových center je nejen možné, ale na některých místech již běžné. Místní předpisy, například ve Frankfurtu nad Mohanem v Německu, vyžadují suché chladicí technologie.“ 
 

Kompromis mezi vodou a energií 

Příklad Frankfurtu nad Mohanem upozorňuje na výzvu, která je v diskusích o udržitelné infrastruktuře často přehlížena. Úspora vody často vyžaduje dodatečnou energii, zatímco maximalizace energetické účinnosti může vyžadovat vyšší spotřebu vody. Tento kompromis také odráží rostoucí význam řešení sektorového propojení, kdy jsou infrastrukturní systémy vnímány jako vzájemně propojené, nikoli optimalizované izolovaně.  

„Neexistuje univerzální řešení chlazení. Snížení spotřeby vody často zvyšuje energetickou náročnost, což znamená, že provozovatelé musí vyhodnocovat oba zdroje a jejich náklady společně – jak z finančního, tak ze společenského hlediska – namísto optimalizace jednoho z nich izolovaně,“ dodává Engelhard. 

Stejný princip platí i pro polovodičové závody. Vyšší míra zpětného získávání vody často vyžaduje pokročilejší systémy úpravy, které spotřebovávají více energie. Otázkou proto již není, jak minimalizovat spotřebu vody nebo energie nezávisle na sobě, ale jak optimalizovat obojí podle konkrétních podmínek daného závodu. 
 

Inženýrství pro odolnější budoucnost 

Podle Schneidera a Engelharda budou budoucí projekty digitální infrastruktury stále více muset posuzovat vodu a energii společně, nikoli jako oddělené výzvy. Očekává se, že AI bude i nadále zvyšovat poptávku po polovodičových továrnách a datových centrech, čímž poroste tlak na přírodní zdroje a veřejnou infrastrukturu.  

Osvědčená řešení již existují. Strategie zpětného získávání vody mohou výrazně snížit poptávku po sladké vodě v polovodičových závodech, zatímco pokročilé koncepty chlazení mohou snížit spotřebu vody v datových centrech. Klíčem je zvolit správný přístup pro každou lokalitu a tato rozhodnutí integrovat již v rané fázi přípravy projektu. 

Pro Exyte to znamená, že odolnost vůči nedostatku vody není jen environmentálním hlediskem, ale také inženýrskou výzvou. Jak klienti po celém světě rozšiřují kapacity výroby polovodičů a infrastrukturu pro AI, schopnost vyvažovat úsporu vody s energetickou účinností se stane stále důležitějším faktorem úspěchu projektu. Exyte podporuje klienty prostřednictvím inženýrských studií a technologických posouzení při hledání nejvhodnější rovnováhy mezi spotřebou vody a energetickou náročností. 
 

O odbornících 

Hartmut Schneider je Senior Director Technology Management Semiconductor ve společnosti Exyte a specializuje se na polovodičové procesní technologie, návrh závodů a výrobní infrastrukturu. 

Manfred Engelhard je Senior Director Technology Management Data Centers ve společnosti Exyte a zaměřuje se na pokročilé koncepty chlazení, energetickou účinnost a rozvoj infrastruktury datových center. 
 

Kontaktujte nás 

Chcete se dozvědět více o strategiích zpětného získávání vody pro polovodičové závody nebo o konceptech chlazení pro datová centra AI? Odborníci společnosti Exyte vám mohou pomoci posoudit specifické požadavky projektu a určit nejvhodnější přístup k vyvážení úspory vody a energetické účinnosti.  
Použijte náš kontaktní formulář a spojte se s odborníkem společnosti Exyte, abyste mohli prodiskutovat požadavky svého projektu. 
 
Spojte se s našimi odborníky na polovodiče a datová centra.