Resilienza idrica lungo la catena del valore dell'AI

L’intelligenza artificiale (AI) sta guidando una crescita senza precedenti sia nella produzione di semiconduttori sia nei data center di calcolo ad alte prestazioni. Meno visibile della crescente domanda di elettricità è un’altra sfida che attraversa l’intero ecosistema dell’AI: l’acqua. Gli esperti Exyte Hartmut Schneider e Manfred Engelhard spiegano perché l’acqua sta diventando una risorsa strategica lungo tutta la catena del valore dell’AI e come le soluzioni ingegneristiche possano aiutare gli operatori a bilanciare la conservazione dell’acqua con l’efficienza energetica.

La domanda di chip AI e di capacità di calcolo sta accelerando. Le fab di semiconduttori richiedono grandi volumi di acqua ultrapura (UPW) per i processi produttivi. I data center AI dipendono da sistemi di raffreddamento per rimuovere il calore generato da carichi di calcolo in rapida crescita. Allo stesso tempo, i modelli climatici indicano che le regioni soggette a stress idrico stanno diventando più comuni, rendendo la gestione sostenibile dell’acqua una considerazione sempre più importante per i nuovi impianti. 
 

L’AI guida la domanda di acqua dalla produzione all’operatività 

La crescente domanda di AI inizia molto prima che un chip raggiunga un data center. La produzione di circuiti integrati (IC) richiede intrinsecamente acqua ultrapura (UPW) per processi di fabbricazione dei semiconduttori come pulizia a umido, incisione a umido e planarizzazione chimico-meccanica (CMP). La domanda di acqua aumenta ulteriormente man mano che i nodi tecnologici diventano più piccoli e la complessità produttiva cresce. Le tecnologie di packaging avanzato aggiungono ulteriori fasi di processo e aumentano ulteriormente il consumo di acqua. Le previsioni del settore suggeriscono che la capacità produttiva globale di semiconduttori continuerà a crescere con forza fino alla fine del decennio, con gran parte di questa crescita legata alle applicazioni dell’AI.  

“Per raggiungere tali tassi di recupero dell’acqua attraverso concetti avanzati di trattamento e riciclo, la sfida consiste nel determinare quale combinazione di tecnologie offra il giusto equilibrio tra il risparmio idrico e l’energia necessaria per ottenerlo”, afferma Schneider. 

Le strategie di recupero dell’acqua possono includere la segregazione delle acque reflue, il recupero dell’acqua a fine processo (EOP), sistemi a scarico liquido zero (ZLD), la gestione della salamoia per recuperare acqua da flussi di rifiuti concentrati e tecnologie di trattamento per contaminanti emergenti. La soluzione ottimale dipende dalle condizioni specifiche del sito e dai requisiti del progetto. 

È qui che Exyte supporta i clienti durante tutto il ciclo di vita del progetto. In qualità di azienda EPC globale che realizza impianti avanzati per semiconduttori, Exyte aiuta i clienti a valutare le strategie di recupero dell’acqua sia per fab nuovi sia esistenti, per identificare l’approccio più adatto prima dell’implementazione. 

“La gestione dell’acqua deve essere considerata nelle prime fasi della progettazione degli impianti.  Una pianificazione anticipata aiuta gli operatori a comprendere l’impatto che i diversi concetti di recupero hanno sull’uso dell’acqua e sulla domanda energetica prima dell’inizio della costruzione”, aggiunge Schneider. 
 

I data center per l’IA affrontano una sfida idrica tutta loro 

La conversazione sull’infrastruttura dell’IA si concentra spesso sul consumo di elettricità. Tuttavia, l’acqua sta diventando altrettanto importante man mano che la densità di calcolo continua ad aumentare. Si prevede che i carichi di lavoro dell’IA rappresenteranno la maggior parte della crescita futura della domanda dei data center, aumentando significativamente i requisiti di raffreddamento per le strutture di nuova generazione. 

“Non esiste una soluzione valida per tutti. Il concetto di raffreddamento più efficace dipende dalle condizioni locali, tra cui clima, disponibilità idrica e infrastruttura energetica”, afferma Engelhard. “Nelle regioni con scarsità d’acqua, la riduzione del consumo idrico può diventare l’obiettivo principale di progettazione, mentre altre località possono dare priorità all’efficienza energetica. Il raffreddamento senza acqua dei data center non solo è possibile, ma è già comune in alcune località. Le normative locali, ad esempio a Francoforte, in Germania, richiedono tecnologie di raffreddamento a secco.” 
 

Il compromesso tra acqua ed energia 

L’esempio di Francoforte evidenzia una sfida spesso trascurata nelle discussioni sulle infrastrutture sostenibili. Risparmiare acqua richiede spesso energia aggiuntiva, mentre massimizzare l’efficienza energetica può richiedere un maggiore consumo di acqua. Questo compromesso riflette anche la crescente importanza delle soluzioni di sector coupling, in cui i sistemi infrastrutturali sono considerati interconnessi anziché ottimizzati in modo isolato.  

“Non esiste una soluzione di raffreddamento universale. Ridurre il consumo d’acqua spesso aumenta la domanda di energia, il che significa che gli operatori devono valutare insieme entrambe le risorse e il loro costo – sia su base finanziaria sia sociale – anziché ottimizzarne una in modo isolato”, aggiunge Engelhard. 

Lo stesso principio si applica agli impianti per semiconduttori. Tassi più elevati di recupero dell’acqua richiedono spesso sistemi di trattamento più avanzati che consumano ulteriore energia. La questione quindi non è più come ridurre al minimo il consumo di acqua o di energia in modo indipendente, ma come ottimizzare entrambi in base alle condizioni specifiche di un impianto. 
 

Ingegneria per un futuro più resiliente 

Secondo Schneider ed Engelhard, i futuri progetti di infrastrutture digitali dovranno sempre più considerare insieme acqua ed energia piuttosto che come sfide separate. Si prevede che l’IA continuerà a trainare la domanda sia di fab di semiconduttori sia di data center, aumentando la pressione sulle risorse naturali e sulle infrastrutture dei servizi pubblici.  

Esistono già soluzioni collaudate. Le strategie di recupero dell’acqua possono ridurre significativamente la domanda di acqua dolce negli impianti per semiconduttori, mentre i concetti avanzati di raffreddamento possono ridurre il consumo di acqua nei data center. La chiave è selezionare l’approccio giusto per ogni località e integrare queste decisioni nelle prime fasi dello sviluppo del progetto. 

Per Exyte, questo rende la resilienza idrica non solo una considerazione ambientale, ma anche una sfida ingegneristica. Man mano che i clienti espandono la capacità produttiva dei semiconduttori e l’infrastruttura per l’IA in tutto il mondo, la capacità di bilanciare la conservazione dell’acqua con l’efficienza energetica diventerà un fattore sempre più importante per il successo dei progetti. Exyte supporta i clienti con studi di ingegneria e valutazioni tecnologiche per identificare l’equilibrio più adatto tra uso dell’acqua e domanda di energia. 
 

Informazioni sugli esperti 

Hartmut Schneider è Senior Director Technology Management Semiconductor presso Exyte ed è specializzato in tecnologie di processo per semiconduttori, progettazione di impianti e infrastrutture produttive. 

Manfred Engelhard è Senior Director Technology Management Data Centers presso Exyte e si concentra su concetti avanzati di raffreddamento, efficienza energetica e sviluppo delle infrastrutture dei data center. 
 

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Vuoi saperne di più sulle strategie di recupero dell’acqua per le fab di semiconduttori o sui concetti di raffreddamento per i data center per l’IA? Gli esperti di Exyte possono aiutarti a valutare i requisiti specifici del progetto e a identificare l’approccio più adatto per bilanciare la conservazione dell’acqua con l’efficienza energetica.  
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