Lee Weston

Jeśli wydaje się, że rynek półprzewodników znów znalazł się w centrum uwagi, to dlatego, że rzeczywiście tak jest. ASML, wiodący światowy dostawca systemów fotolitograficznych, poinformował niedawno, że w ciągu ostatnich sześciu miesięcy wartość akcji firmy wzrosła o około 97%, co odzwierciedla ponowny wzrost inwestycji w produkcję chipów. Jednak za nagłówkami gazet kryje się mniej głośna, a być może równie istotna kwestia związana z zarządzaniem ciepłem generowanym zarówno podczas produkcji chipów, jak i przez sprzęt AI, który jest od nich zależny – wyjaśnia Ben Kitson, dyrektor ds. rozwoju biznesu w firmie Precision Micro, zajmującej się produkcją w technologii trawienia chemicznego.

Obecny cykl jest nietypowy. Giganci technologiczni przeznaczają ogromne środki na centra danych AI, generując bezprecedensowy popyt na sprzęt o wysokiej wydajności. Co więcej, znaczna część tego sprzętu obliczeniowego została już zakontraktowana, jak podaje serwis Simply Wall St.

Takie połączenie stanowi prawdziwe wyzwanie dla planowania infrastruktury, gdyż operatorzy systemów AI muszą zmierzyć się z wysoką gęstością mocy i niespotykanymi dotąd wymaganiami w zakresie chłodzenia w swoich centrach danych.

Tradycyjne centra danych projektowano z myślą o szafach o poborze mocy rzędu 5–10 kW, jednak obecnie klastry AI zużywają 30–50 kW na szafę. Co więcej, zaawansowane platformy GPU i akceleratorów osiągają teraz poziom 100–120 kW na szafę, co oznacza, że samo chłodzenie powietrzem już nie wystarcza.

Zarządzanie termiczne systemów AI na pierwszym planie

Ograniczenia termiczne zaczynają w końcu przyciągać uwagę. W maju 2025 roku gigant branży półprzewodników Nvidia poinformował, że operatorzy hiperskalowi instalują co tydzień dziesiątki tysięcy jego najnowszych układów GPU, a tempo wdrażania ma jeszcze przyspieszyć wraz z wprowadzeniem platformy „Blackwell Ultra”.

Zgodnie z publicznym planem rozwoju firmy, jej kolejna architektura „Rubin Ultra” pozwoli na umieszczenie ponad 500 układów GPU w jednej szafie serwerowej o poborze mocy do 600 kW, co podkreśla skalę wyzwań związanych z chłodzeniem, przed jakimi stoi obecnie infrastruktura sztucznej inteligencji.

W całym sektorze infrastruktury AI stabilność termiczna stała się kluczowym ograniczeniem nie tylko w projektowaniu układów scalonych, ale także w zakresie infrastruktury niezbędnej do zasilania i chłodzenia środowisk obliczeniowych o wysokiej gęstości.

Wysokowydajne układy chłodzenia cieczą oraz mikrokanałowe wymienniki ciepła przestały być rozwiązaniami niszowymi, stając się niezbędnym komponentem. Te same zasady inżynieryjne – precyzyjna kontrola przepływu płynu, maksymalizacja wymiany ciepła oraz produkcja kompaktowych elementów o wąskich tolerancjach – obowiązują dziś w wielu zastosowaniach.

Wiedza inżynieryjna zdobyta w środowiskach półprzewodnikowych o wysokiej precyzji znajduje obecnie zastosowanie w technologii wymienników ciepła z obwodami drukowanymi (PCHE) przeznaczonych dla centrów danych AI, co stanowi punkt styku między produkcją elektroniki a infrastrukturą energetyczną.

Dlaczego układy PCHE mają znaczenie dla centrów danych

Układy PCHE nie są jedynie bardziej zaawansowaną wersją konwencjonalnych konstrukcji, takich jak wymienniki płaszczowo-rurowe czy płytowo-ramowe. Są mniejsze, lżejsze i bardziej wydajne, dzięki czemu idealnie sprawdzają się w instalacjach o ograniczonej przestrzeni i dużej gęstości.

W centrach danych przekłada się to na większą liczbę szaf na metr kwadratowy bez pogorszenia niezawodności, przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii potrzebnej do chłodzenia sprzętu obliczeniowego.

Kolejnym czynnikiem jest efektywność energetyczna, ponieważ przewiduje się, że obciążenia związane ze sztuczną inteligencją spowodują znaczny wzrost globalnego zapotrzebowania na energię elektryczną. Goldman Sachs prognozuje wzrost nawet o 165% do roku 2030, co oznacza, że liczy się każdy wat energii zużywanej na chłodzenie.

Kompaktowe, wysokowydajne układy PCHE nie tylko pozwalają zaoszczędzić powierzchnię instalacyjną, ale także pomagają kontrolować koszty energii i poprawiają ogólny wskaźnik efektywności energetycznej (PUE), stając się kluczowym elementem infrastruktury AI o dużej gęstości w środowiskach hiperskalowych.

Skalowanie trawienia chemicznego w produkcji wymienników ciepła

Właśnie te cechy, które sprawiają, że PCHE są tak skuteczne – mikrokanały, duża powierzchnia wymiany ciepła oraz wąskie tolerancje – jednocześnie utrudniają ich produkcję. Konwencjonalna obróbka skrawaniem umożliwia tworzenie prototypów, lecz jest powolna, powoduje powstawanie zadziorów i nie jest opłacalna przy produkcji seryjnej.

Trawienie chemiczne natomiast eliminuje te problemy, tworząc wszystkie kanały jednocześnie na całej powierzchni płyty. W ten sposób uzyskuje się precyzyjne struktury bez naprężeń, a następnie poprzez spawanie dyfuzyjne powstaje gotowa płyta wymiennika ciepła.

Firma Precision Micro, zajmująca się trawieniem chemicznym, produkuje płyty PCHE od czasu wprowadzenia tej technologii na rynek w latach 90. XX wieku. Dysponuje ona specjalistycznym zakładem o powierzchni 4100 m², który jest w stanie przetwarzać co tydzień tysiące płyt o długości do 1,5 metra i grubości do 2 mm. Umożliwia to produkcję seryjną płyt trawionych i czyni zakład jednym z największych ośrodków trawienia blach tego typu na świecie.

Wynika to z faktu, że skalowanie produkcji do tysięcy płyt wymaga ściśle kontrolowanych procesów chemicznych oraz rygorystycznej kontroli jakości. Niewielu dostawców na świecie dysponuje wiedzą specjalistyczną, możliwościami produkcyjnymi i systemem kontroli procesów niezbędnymi do seryjnej produkcji trawionych płyt PCHE.

Presja na łańcuch dostaw i przyszłość chłodzenia AI

Produkcja płyt PCHE w dużych wolumenach wymaga znacznych nakładów kapitałowych i zaawansowanych procesów technologicznych. Choć na rynkach azjatyckich pojawiają się nowe moce produkcyjne, wielu producentów OEM w Europie i Ameryce Północnej nadal kładzie nacisk na niezawodność, powtarzalność procesów i jakość jako kluczowe kryteria przy pozyskiwaniu precyzyjnych komponentów.

Współpraca z uznanymi partnerami regionalnymi może zmniejszyć złożoność logistyczną, poprawić ochronę własności intelektualnej oraz zapewnić jednolitą jakość, zwłaszcza w sytuacji, gdy łańcuchy dostaw szukają lokalnych dostawców kluczowych kompetencji.

Trawione płyty przepływowe i wysokowydajne wymienniki ciepła stanowią istotny, choć często niewidoczny element ekosystemu sztucznej inteligencji. Dzięki precyzyjnej regulacji temperatury pomagają one centrom danych w utrzymaniu szaf obliczeniowych o wysokiej gęstości bez ryzyka przegrzania oraz umożliwiają niezawodną i wydajną skalowalność infrastruktury AI.

To właśnie jest ukryta rzeczywistość stojąca za ponownym wzrostem inwestycji w produkcję chipów. Innowacje nie wynikają wyłącznie z mniejszych tranzystorów, nowych geometrii węzłów czy wydajniejszych układów GPU. Zależą również od fizycznej infrastruktury, która umożliwia niezawodne działanie tych technologii w skali przemysłowej.

Układy PCHE mogą nie przyciągać takiej uwagi jak chipy czy modele sztucznej inteligencji, ale to one stanowią podstawę wydajności, efektywności i skalowalności obu tych obszarów. Tam, gdzie liczy się każdy wat energii i każdy ułamek stopnia temperatury, precyzyjny sprzęt termiczny po cichu umożliwia postęp jednego z najszybciej rozwijających się cykli technologicznych ostatniej dekady.

Lee Weston, Precision Micro Limited