Wąskie gardło AI: tantal i kobalt

Gdy świat zachwyca się zadziwiającymi możliwościami generatywnej sztucznej inteligencji, po cichu rozpoczął się konkurs na temat jej fizycznych podstaw. Oprócz kodu i algorytmów rosnąca moc obliczeniowa sztucznej inteligencji w dużym stopniu opiera się na dwóch podstawowych rzadkich metalach: tantalu i kobalt. Chociaż rzadko pojawiają się w centrum uwagi, razem stanowią kamień węgielny infrastruktury sztucznej inteligencji, od stabilności sprzętu po dostęp do danych.

Materiał tarczy kobaltowej o wysokiej czystości

Rurka kobaltowa-o wysokiej czystości

Płyta kobaltowa o wysokiej czystości

W klastrach serwerów AI dziesiątki tysięcy procesorów graficznych wykonują obliczenia równoległe z bardzo-wysokimi częstotliwościami. Wahania prądu w tym stanie obliczeniowym są niezwykle duże, a chwilowy pobór mocy jest zdumiewający. Wszelkie niewielkie wahania napięcia mogą prowadzić do błędów obliczeniowych lub awarii systemu.
To jest pole bitwy, na którym kondensatory tantalowe są niezastąpione:
Rdzeń o wysokiej niezawodności: Kondensatory tantalowe charakteryzują się niezrównaną wydajnością objętościową (wartość CV) i wysoką stabilnością. Na ograniczonej przestrzeni PCB może zapewnić możliwości magazynowania ładunku znacznie wykraczające poza inne typy kondensatorów, zapewniając, że napięcie rdzenia chipów AI pozostanie stabilne nawet przy dużych wahaniach obciążenia.
Strażnik integralności danych: Każde szkolenie AI wiąże się z natychmiastowym przepływem ogromnych ilości danych. Kondensatory tantalowe zapewniają „czyste” środowisko elektryczne do precyzyjnej transmisji danych wewnątrz i na zewnątrz chipa poprzez szybkie ładowanie i rozładowywanie oraz filtrowanie szumów w obwodzie, co jest kluczem do zapewnienia dokładnych wyników obliczeń.
Rzeczywistość łańcucha dostaw: Globalne dostawy zasobów tantalu są wysoce skoncentrowane i brakuje im elastyczności. Jego główne źródła, takie jak Demokratyczna Republika Konga, Rwanda i inne regiony Afryki Środkowej, od dawna borykają się z wyzwaniami w zakresie zamówień geopolitycznych i etycznych (takich jak „minerały z regionów objętych konfliktami”). Dla producentów sprzętu AI stabilna podaż kondensatorów tantalowych jest bezpośrednio równoznaczna z pewnością zwiększenia mocy obliczeniowej AI.
Bez najwyższej integralności zasilania zapewnianej przez kondensatory tantalowe, nie można byłoby mówić o wysokiej-wysokiej wydajności najlepszych kart akcelerujących sztuczną inteligencję, takich jak NVIDIA H100 i AMD MI300. Jest to „najlepszy stabilizator” mocy obliczeniowej sztucznej inteligencji umożliwiający przejście od teorii do rzeczywistości.

Rola kobaltu w sprzęcie AI jest bardziej zróżnicowana i obejmuje dwa kluczowe ogniwa: przechowywanie danych i zarządzanie energią.
Silnik technologii pamięci masowej nowej-generacji:
Tradycyjne centra danych oparte na sztucznej inteligencji stoją przed wyzwaniem, jakim jest „ściana pamięci” -, której prędkość przesyłania danych między procesorami a pamięcią masową poważnie ogranicza ogólną wydajność.
Kobalt jest kluczowym materiałem do produkcji magnetycznej pamięci o dostępie swobodnym (MRAM). Pamięć MRAM charakteryzuje się zakłócającymi funkcjami, takimi jak duża prędkość (np. SRAM), duża gęstość (np. DRAM) i nie-ulotne wyłączenie zasilania (np. Flash). Pamięć MRAM z dodatkiem kobaltu może służyć jako fizyczny nośnik dla zintegrowanej architektury pamięci masowej i obliczeniowej, znacznie redukując przesyłanie danych, i jest specjalnie zaprojektowana do trybów obliczeniowych AI.
Klej do pamięci Flash 3D NAND:
Pamięć flash 3D NAND używana do przechowywania ogromnych danych treningowych przekroczyła 300 warstw. Kobalt, ze względu na doskonałą przewodność i zdolność wypełniania, jest stosowany jako-precyzyjny materiał powłokowy pomiędzy jednostkami magazynującymi w skali atomowej, zapewniający integralność i stabilność sygnałów między warstwami. Jest „lojalnym strażnikiem” hurtowni danych.
Energetyczny kamień węgielny Edge AI:
Scenariusze obliczeń brzegowych, takie jak pojazdy autonomiczne i urządzenia AIoT, są nierozerwalnie związane z bateriami litowymi o dużej gęstości energii. Kobalt odgrywa kluczową rolę w stabilizowaniu struktury, poprawianiu gęstości energii i zwiększaniu wydajności w materiałach katodowych do akumulatorów litowo-jonowych, takich jak NCA/NMC. To „krew” mobilnych urządzeń AI.
 

Znaczenie tantalu i kobaltu zaalarmowało uczestników światowego przemysłu sztucznej inteligencji:
Dla inwestorów:powinni zwracać uwagę na producentów podzespołów elektronicznych, którzy mają stabilny układ w łańcuchu dostaw tantalu i aktywnie przestrzegają standardów odpowiedzialnych zakupów, a także producentów półprzewodników, którzy są zaangażowani w badania i rozwój{{0}najnowocześniejszych technologii przechowywania danych, takich jak MRAM na bazie kobaltu.
Zarówno dla kupujących, jak i producentów:należy ustanowić strategię dwutorową. Jednym z nich jest wzmocnienie kontroli nad zasobami tantalu i kobaltu wydobywczego w drodze-umów długoterminowych, inwestycji bezpośrednich i innych środków; Drugim jest znaczne inwestowanie w technologię recyklingu w celu skutecznego odzyskiwania tych dwóch metali z odpadów elektronicznych oraz budowanie „kopalń miejskich” w celu zabezpieczenia ryzyka dostaw minerałów pierwotnych.
Dla twórców technologii:badanie alternatywnych rozwiązań dla kondensatorów tantalowych (takich jak wysokowydajne-kondensatory na bazie polimerów) oraz technologii akumulatorów o niskiej zawartości kobaltu/bezkobaltu i materiałów do przechowywania to kluczowa ścieżka technologicznego zabezpieczenia dla-terminowego rozwoju branży sztucznej inteligencji.

Pod powierzchnią wyścigu zbrojeń AI kryje się głęboka konkurencja o podstawowe pierwiastki, takie jak tantal i kobalt. Rywalizacja o moc obliczeniową zaczyna się od kodu, a kończy na atomach. Zrozumienie i kontrolowanie łańcucha dostaw tych „niewidzialnych filarów” dotyczy nie tylko kosztów, ale także bezpośrednio determinuje szybkość i wytrzymałość w erze inteligencji.