Kunstig intelligens (AI) driver en hidtil uset vækst inden for både halvlederproduktion og højtydende datacentre. Mindre synlig end den stigende efterspørgsel på elektricitet er en anden udfordring, der strækker sig på tværs af hele AI-økosystemet: vand. Exytes eksperter Hartmut Schneider og Manfred Engelhard forklarer, hvorfor vand er ved at blive en strategisk ressource i hele AI-værdikæden, og hvordan tekniske løsninger kan hjælpe operatører med at balancere vandbesparelse med energieffektivitet.

 

Efterspørgslen efter AI-chips og computerkapacitet accelererer. Halvlederfabrikker kræver store mængder ultrarent vand (UPW) til produktionsprocesser. AI-datacentre er afhængige af kølesystemer til at fjerne den varme, der genereres af hurtigt voksende computerbelastninger. Samtidig viser klimamodeller, at regioner med vandstress bliver mere almindelige, hvilket gør bæredygtig vandforvaltning til en stadig vigtigere faktor for nye anlæg. 
 

AI driver efterspørgslen efter vand fra produktion til drift 


Den voksende efterspørgsel efter AI begynder længe før, en chip når frem til et datacenter. Fremstilling af integrerede kredsløb (IC) kræver i sagens natur UPW til halvlederfremstillingsprocesser såsom vådrensning, vådætsning og kemisk-mekanisk planarisation (CMP). Vandforbruget stiger yderligere, efterhånden som teknologinoder bliver mindre, og produktionskompleksiteten øges. Avancerede pakningsteknologier tilføjer yderligere procestrin og øger vandforbruget yderligere. Brancheprognoser tyder på, at den globale produktionskapacitet for halvledere vil fortsætte med at vokse kraftigt frem mod slutningen af årtiet, og at en stor del af denne vækst er knyttet til AI-applikationer.  

For Hartmut Schneider, Senior Director Technology Management Semiconductor, skal vandhåndtering overvejes tidligt i designet af faciliteter for at balancere vandbesparelser med energibehov.

"Størstedelen af kapacitetsvæksten vil være AI-baseret, hvilket øger vandbehovet pr. wafer," siger Hartmut Schneider, Senior Director Technology Management Semiconductor hos Exyte. Virksomheden ser denne tendens på tværs af halvlederprojekter verden over og samarbejder med kunder om at vurdere effektive strategier til at reducere ferskvandsforbruget under design, opførelse og drift af faciliteter. 

 

Vandreklamation gør en udfordring til en mulighed 

Industrien starter ikke fra bunden. Der findes allerede flere teknologier til at reducere ferskvandsforbruget i halvlederfaciliteter. Ifølge Exytes analyse kan de bedste fabrikker opnå reklameringsgrader på over 85 procent gennem avancerede koncepter for genanvendelse af spildevand. Efterhånden som den AI-drevne efterspørgsel fortsætter med at vokse, vil forbedring af vandydelsen kræve investeringer i eksisterende waferfabrikker samt implementering af de højest mulige reklameringsgrader i nye faciliteter.  

"For at opnå sådanne vandgenindvindingsrater gennem avanceret behandling og genanvendelseskoncepter er udfordringen at afgøre, hvilken kombination af teknologier der giver den rette balance mellem vandbesparelser og den energi, der kræves for at opnå dem," siger Schneider. 

Vandgenindvindingsstrategier kan omfatte spildevandssegregering, end-of-pipe (EOP)-vandgenindvinding, zero liquid discharge (ZLD)-systemer, saltlagehåndtering for at genvinde vand fra koncentrerede affaldsstrømme samt behandlingsteknologier til nye forurenende stoffer. Den optimale løsning afhænger af stedspecifikke forhold og projektkrav. 

Det er her, Exyte støtter kunder gennem hele projektets livscyklus. Som en global EPC-virksomhed, der leverer avancerede halvlederfaciliteter, hjælper Exyte kunder med at vurdere vandgenindvindingsstrategier for både nye og eksisterende fabs for at identificere den mest egnede tilgang før implementering. 

"Vandhåndtering skal overvejes tidligt i facility design.  Tidlig planlægning hjælper operatører med at forstå, hvilken indvirkning forskellige genindvindingskoncepter har på vandforbrug og energibehov, før byggeriet begynder," tilføjer Schneider. 
 

AI-datacentre står over for deres egen vandudfordring 

Samtalen om AI-infrastruktur fokuserer ofte på elforbrug. Vand bliver dog lige så vigtigt, efterhånden som computertætheden fortsætter med at stige. AI-arbejdsbelastninger forventes at stå for størstedelen af den fremtidige vækst i efterspørgslen efter datacentre, hvilket øger kølekravene markant for næste generations faciliteter. 

Manfred Engelhard ser afvejningen mellem vand- og energiforbrug som en afgørende faktor i designet af næste generations AI-datacentre.

“Uden forbedrede teknologier til varmeafledning kan forbruget af kølevand i datacentre på verdensplan overstige 550 milliarder liter i 2030,” siger Manfred Engelhard, Senior Director Technology Management Data Centers hos Exyte.

Øgede effekttætheder i AI-servere genererer mere varme, hvilket gør avancerede køleteknologier afgørende. Afhængigt af placering og driftskrav kan operatører vælge mellem våde køletårne, hybride tørkølere (HDC'er) eller luftkølede kølemaskiner (ACC'er). Hver løsning giver en forskellig balance mellem vandforbrug og energiforbrug. Vådkøling giver høj energieffektivitet, men bruger betydelige mængder vand, mens luftkølede systemer kan eliminere behovet for kølevand helt, om end med et højere strømforbrug. Hybrid tørkøling udgør en mellemvej, der reducerer vandbehovet markant og samtidig opretholder en fordelagtig energiydelse.  

“Der findes ingen universalløsning. Det mest effektive kølekoncept afhænger af de lokale forhold, herunder klima, vandtilgængelighed og energiinfrastruktur,” siger Engelhard. “I regioner med vandmangel kan reduktion af vandforbrug blive det primære designmål, mens andre steder kan prioritere energieffektivitet. Vandløs køling af datacentre er ikke kun mulig, men allerede almindelig visse steder. Lokale regler, for eksempel i Frankfurt i Tyskland, kræver tørre køleteknologier.” 
 

Afvejningen mellem vand og energi 

Eksemplet fra Frankfurt fremhæver en udfordring, som ofte overses i diskussioner om bæredygtig infrastruktur. At spare på vand kræver ofte ekstra energi, mens maksimal energieffektivitet kan kræve et højere vandforbrug. Denne afvejning afspejler også den stigende betydning af sektorintegrerede løsninger, hvor infrastruktursystemer betragtes som indbyrdes forbundne frem for optimeret isoleret.  

“Der findes ingen universel køleløsning. At reducere vandforbruget øger ofte energibehovet, hvilket betyder, at operatører skal vurdere begge ressourcer og deres omkostninger samlet – både økonomisk og samfundsmæssigt – frem for at optimere den ene isoleret,” tilføjer Engelhard. 

Det samme princip gælder for halvlederfaciliteter. Højere vandgenanvendelsesrater kræver ofte mere avancerede behandlingssystemer, som bruger yderligere strøm. Spørgsmålet er derfor ikke længere, hvordan man minimerer vand- eller energiforbruget uafhængigt, men hvordan man optimerer begge dele under de specifikke forhold på et anlæg. 
 

Ingeniørarbejde for en mere robust fremtid 

Ifølge Schneider og Engelhard vil fremtidige projekter inden for digital infrastruktur i stigende grad skulle betragte vand og energi samlet frem for som separate udfordringer. AI forventes fortsat at drive efterspørgslen efter både halvlederfabrikker og datacentre, hvilket øger presset på naturressourcer og forsyningsinfrastruktur.  

Dokumenterede løsninger findes allerede. Vandgenanvendelsesstrategier kan reducere behovet for ferskvand betydeligt i halvlederfaciliteter, mens avancerede kølekoncepter kan sænke vandforbruget i datacentre. Nøglen er at vælge den rette tilgang til hvert sted og integrere disse beslutninger tidligt i projektudviklingen. 

For Exyte gør dette vandrobusthed til ikke kun en miljømæssig overvejelse, men også en ingeniørmæssig udfordring. Når kunder udvider produktionskapaciteten for halvledere og AI-infrastruktur rundt om i verden, vil evnen til at balancere vandbesparelse med energieffektivitet blive en stadig vigtigere faktor for projektsucces. Exyte støtter kunder med ingeniørstudier og teknologivurderinger for at identificere den mest hensigtsmæssige balance mellem vandforbrug og energibehov. 
 

Om eksperterne 

Hartmut Schneider er Senior Director Technology Management Semiconductor hos Exyte og er specialiseret i halvlederprocesteknologier, anlægsdesign og produktionsinfrastruktur. 

Manfred Engelhard er Senior Director Technology Management Data Centers hos Exyte og fokuserer på avancerede kølekoncepter, energieffektivitet og udvikling af datacenterinfrastruktur. 
 

Kontakt os 

Vil du gerne vide mere om strategier for vandgenanvendelse til halvlederfabrikker eller kølekoncepter til AI-datacentre? Exytes eksperter kan hjælpe med at vurdere projektspecifikke krav og identificere den mest hensigtsmæssige tilgang til at balancere vandbesparelse med energieffektivitet.  
Brug vores kontaktformular for at komme i kontakt med en ekspert fra Exyte og drøfte dine projektkrav. 
 
Kom i kontakt med vores eksperter inden for halvledere og datacentre.