Rosnący popyt będzie skoncentrowany w kilku regionach świata. Synergy Research Group wskazuje, że na koniec 2024 r. dominującym graczem na rynku dużych centrów danych (ang. hyperscalers) były Stany Zjednoczone z 54-procentowym udziałem. Drugie w kolejności Chiny odpowiadają za 16 proc. rynku, a Europa – za 15 proc. Prognozy MAE wskazują, że dominacja USA oraz Chin utrzyma się w horyzoncie najbliższej dekady. W tych regionach stopy wzrostu konsumpcji energii do 2030 r. mają sięgnąć odpowiednio 130 proc. oraz 170 proc., podczas gdy w Europie czy Japonii zużycie zwiększy się o 70–80 proc.

Dzieje się tak z dwóch przyczyn. Po pierwsze, USA i Chiny będą wykorzystywać dotychczasową przewagę w nakładach inwestycyjnych. Raport grupy Human Centered AI z Uniwersytetu Stanforda wskazuje, że od 2013 do 2024 r. USA wydały na prywatne inwestycje w AI łącznie 471 mld dol., a Chiny – 119 mld dol. W państwach UE kwoty są dziesięciokrotnie mniejsze – w Niemczech było to 13,3 mld dol., we Francji zaś – 11 mld dol. Na tym froncie sytuację Unii Europejskiej dodatkowo komplikuje niepewność regulacyjna i koszty związane z restrykcyjnymi wymogami dotyczącymi ochrony danych i treści. Obydwa problemy zniechęcają do zakładania działalności. Badacze ze Stanforda wskazują, że w niemieckim sektorze sztucznej inteligencji (AI) działa mniej firm niż w Izraelu, w Kanadzie czy w Indiach.

Doświadczenie to jednak nie wszystko. Drugim, zapewne ważniejszym, elementem ekosystemu centrów danych i AI jest dostępność taniej energii. W horyzoncie najbliższych pięciu lat oznacza to głównie szeroki dostęp do paliw kopalnych – ropy i gazu z łupków w USA bądź węgla w Chinach. IEA wskazuje, że w 2024 roku w światowym miksie energetycznym używanym do zasilania centrów danych największe znaczenie miało właśnie czarne paliwo, które odpowiadało za 30 proc. łącznej mocy. Po nim na równi uplasowały  się energetyka odnawialna (26 proc.) i gaz ziemny (27 proc). Natomiast energia atomowa miała zaledwie 15-procentowy udział. W nadchodzących pięciu latach rosnące zapotrzebowanie ma być pokrywane w niemal równych proporcjach przez gaz i źródła odnawialne (OZE). Na papierze taki układ sił wygląda korzystnie dla państw UE, ale rzeczywistość jest bardziej skomplikowana.

Centra danych mają z klientami umowy o gwarantowanym poziomie usług i potrzebują nieprzerwanego, stabilnego zasilania przez całą dobę, z tolerancją przestojów liczonych w milisekundach. Źródła odnawialne nie mogą go zapewnić, bo są zależne od zmiennych warunków pogodowych. Co więcej, niezawodne funkcjonowanie rozbudowanego systemu OZE wymaga utrzymania zapasu mocy konwencjonalnych (gaz, węgiel, atom).

W dłuższym terminie nieodzowna będzie przebudowa systemu energetycznego, tak aby spełniał on zapotrzebowanie ze strony centrów danych. Wymusi to spojrzenie łaskawszym okiem na atom. Elektrownie atomowe zapewniają stosunkowo stabilną generację oraz inercję systemu energetycznego – zdolność do utrzymania stabilności po zakłóceniu, dzięki energii kinetycznej zgromadzonej w wirujących turbinach i generatorach. Jednak nie są na tyle elastyczne – w przeciwieństwie do siłowni gazowych lub szczytowo-pompowych – aby umożliwiać krótkoterminowe bilansowanie. Zaletą elektrowni atomowych jest ich niskoemisyjność – wyprodukowanie kilowatogodziny energii powoduje uwolnienie 12 g CO₂, czyli podobnie jak w turbinach wiatrowych, niemal czterokrotnie mniej niż w fotowoltaice i 30 razy mniej niż w najbardziej ekologicznych instalacjach gazowych. Wiąże się to jednak z wysokimi wydatkami. Amerykańska Agencja Informacji Energetycznej wskazuje, że średni koszt produkcji megawatogodziny w elektrowni atomowej w USA wzrośnie do 2030 r. do 81,4 dol. Dla porównania: w przypadku farm wiatrowych czy paneli słonecznych będzie to 29–31 dol. Cenę energii jądrowej podbijają koszty pozyskania kapitału na budowę infrastruktury.

Energetyce atomowej sprzyja obecna administracja USA. Prezydent Donald Trump podpisał serię aktów wykonawczych w ramach realizacji strategii zmierzającej do czterokrotnego wzrostu zainstalowanych mocy atomowych – z 98 GW w 2024 r. do 400 GW w 2050 r. Osiągnięcie tego celu wiąże się z wprowadzeniem systemu zachęt podatkowych oraz subsydiów, którego koszt szacuje się na 67 mld dol. w ciągu 25 lat. Tymczasem europejski mainstream obrał kierunek przeciwny. W UE atom funkcjonuje we Francji i Włoszech. Niemcy zamknęły swoje trzy ostatnie elektrownie jądrowe w kwietniu 2023 r. Hiszpania wygasza moce jądrowe – ostatnie obiekty mają zostać wyłączone do 2035 r. Plany te zapewne niedługo ulegną rewizji – polityka energetyczna w tym państwie zmienia się na skutek blackoutu z kwietnia 2025 r. Niedawno z wygaszania atomu wycofała się Belgia. W praktyce budowa w Europie ekosystemu przyjaznego energii atomowej będzie wymagać zmiany nastawienia elit politycznych i społeczeństwa. To proces czasochłonny, a państwa UE nie mają tego komfortu, aby odkładać go w czasie. Dlaczego?

Ścieżka od przygotowania strategii do zwiększenia faktycznych mocy zajmie lata, nawet dekady. Bloomberg Intelligence wskazuje, że skonstruowanie dużego bloku jądrowego zajmuje przeciętnie 10 lat. Według Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (IAEA) do 2030 r. łączna zainstalowana moc reaktorów nuklearnych, w tym tych przywracanych do użytku, wzrośnie na świecie z 377 do 425–445 GW (tj. o 12–18 proc.). W amerykańskich planach jest wznowienie funkcjonowania trzech takich reaktorów, które zwiększą dostępne moce łącznie o 2,3 GW: Holtec Palisades (0,8 GW) w najbliższych kwartałach, Three Mile Island Unit 1 (Crane Clean Energy Center) (0,8 GW) w 2027 r. i Duane Arnold (0,6 GW) w 2028 r. Warto zaznaczyć, że znaczny potencjał wznowieniowy mają też Niemcy – około 6 reaktorów może zostać z powrotem włączonych.

Prace nad nowymi blokami w USA i Europie mają nabrać tempa dopiero w latach 2030–2040, a zainstalowana moc ma sięgać od 519 do 710 GW. Szacuje się, że faktyczny czas budowy zajmie od 7 do 13 lat. Spośród 63 budowanych obecnie reaktorów atomowych prawie połowa (28) przypada na Chiny; kolejne miejsca zajmują Indie (6), Turcja, Rosja i Egipt. Jedynym państwem UE, gdzie trwa budowa reaktora, jest Słowacja. Prace toczą się ponadto w Wielkiej Brytanii i w Ukrainie. Doświadczenie w konstruowaniu elektrowni atomowych mają firmy działające na innych kontynentach – w społeczeństwach zachodnich firmy zajmują się głównie serwisowaniem. Taki stan rodzi spore ryzyka – ostatnie projekty oparte o technologie Evolutionary Power Reactor (EPR) znacząco przekraczały zarówno zakładany czas, jak i pierwotny budżet.

obserwatorfinansowy.pl

W czerwcu 2022 r. Intel przedstawił pewne szczegóły dotyczące procesu Intel 4 (znanego jako „7 nm” przed zmianą nazwy w 2021 r.): pierwszy proces firmy wykorzystujący EUV, 2x większa gęstość tranzystorów w porównaniu z Intel 7 (znanym jako „10 nm” ESF (Enhanced Super Fin) przed zmianą nazwy), zastosowanie miedzi pokrytej kobaltem do najcieńszych pięciu warstw połączeń, o 21,5% wyższa wydajność przy mocy iso lub o 40% niższa moc przy częstotliwości iso przy 0,65 V w porównaniu z Intel 7 itd. Pierwszym produktem Intela wyprodukowanym na Intel 4 był Meteor Lake, włączony w drugim kwartale 2022 r. i zaplanowany do wysyłki w 2023 r. Intel 4 ma odstęp bramki wynoszący 50 nm, zarówno żebro, jak i minimalny odstęp metalu wynoszący 30 nm oraz wysokość biblioteki 240 nm. Pojemność metal-izolator-metal wzrosła do 376 fF/μm², czyli około 2x w porównaniu z Intel 7. Proces zoptymalizowano pod kątem zastosowań HPC i obsługiwano napięcie od <0,65 V do >1,3 V. Szacunkowa gęstość tranzystorów WikiChip dla Intel 4 wynosiła 123,4 Mtr./mm², czyli 2,04x w porównaniu z 60,5 Mtr./mm² dla Intel 7. Jednakże komórki SRAM o dużej gęstości zwiększyły się tylko o 0,77x (z 0,0312 do 0,024 μm²), a komórki o wysokiej wydajności o 0,68x (z 0,0441 do 0,03 μm²) w porównaniu z Intel 7.

en.wikipedia.org

Pozwólcie, że wyjaśnię nieco bardziej: nazwy procesów używane przez odlewnie stały się obecnie w zasadzie materiałem marketingowym, a nie dokładnym opisem fizycznym węzła (z wyjątkiem Intela). Samo reklamowanie węzła jako 7 nm FinFET lub 10 nm FinFET nie oznacza, że ​​jest on rzeczywiście węzłem 7 nm lub 10 nm. Myślę, że w tym przypadku (w mojej próbie wyjaśnienia) najbardziej odpowiednim punktem odniesienia jest odległość między bramkami tranzystorów (Tranistor Gate Pitch). Jest to miara, która zazwyczaj jest bardzo dobrym wskaźnikiem „prawdziwego” węzła używanego przez odlewnię.

Aby podać punkt odniesienia, odstęp bramek tranzystorowych „prawdziwego” węzła 22 nm wynosi 90 nm (lub 45 nm, jeśli mierzysz w połowie odstępu). Węzeł Intela 22 nm miał odstęp bramek tranzystorów wynoszący dokładnie 45 nm. Dla porównania, odstęp bramek tranzystorów wszystkich węzłów FinFET 14 nm/16 nm ma odstęp bramek tranzystorów wynoszący ~90 nm. Oznacza to, że fizycznie rzecz biorąc, procesy te są w rzeczywistości równe węzłowi 22 nm Intela. Prawidłowy opis fizyczny węzła FinFET 14 nm/16 nm od TSMC/GloFo i Samsunga to 20 nm z FinFET. Ale hej, skoro uzyskujesz przewagę wydajnościową dzięki przejściu na FinFET (w porównaniu z planarnym) na tym samym etapie fizycznym, dlaczego nie nazwać go niższym węzłem, prawda? Przecież większość rynku nie potrafi odróżnić, który jest który.

Porozmawiajmy teraz o węźle 14 nm Intela z FinFET-ami. Proste obliczenia pokazują, że jeśli węzeł 22 nm ma odstęp między bramkami tranzystorów (TIP) 90 nm, to prawdziwy węzeł 14 nm z odpowiednim skalowaniem fizycznym powinien mieć skalowanie odstępu między bramkami tranzystorów (skurcz) o ponad 63%. Mimo to, Intel wprowadził 14 nm z FinFET-ami i w przeciwieństwie do fabryk produkujących wyłącznie tranzystory, nie jest to ten sam węzeł fizyczny, co 22 nm. Intelowi udało się osiągnąć skurcz o około 30-40% w porównaniu z idealnym skurczem wynoszącym 63% (połowa odstępu między bramkami tranzystorów Intel dla 14 nm FinFET wynosi 35 nm), co choć nie jest idealne, jest znacznie bliższe prawdziwemu węzłowi 14 nm niż którykolwiek z konkurencyjnych produktów, które wyraźnie wykorzystują węzły 20 nm i wyższe.

Oto więc, aby naprawdę zrozumieć pozycję Intela na rynku odlewniczym i ustalić, czy stracił on jakąkolwiek realną przewagę w branży, musimy odłożyć na bok zasłonę niewidzialności w materiałach marketingowych i ocenić go na zasadzie porównywania jabłek z jabłkami. Kiedy TSMC mówi, że przejdzie na 10 nm do przyszłego roku – tak naprawdę oznacza to, że przejdzie na pomiar półskoku bramki tranzystorowej (Transistor Gate Half Pitch) wynoszący około 35 nm – jest to coś, co Intel osiągnął w zeszłym roku. Innymi słowy, będzie korzystał z 14 nm back end of line (BEOL), ale ponieważ dodanie FinFET-ów daje mu wzrost wydajności, który dałoby przejście na planarny proces 10 nm – nazywają to procesem 10 nm FinFET.

Jest jednak pewien haczyk: TSMC twierdzi, że przejdzie na litografię w ekstremalnym ultrafiolecie po procesie 10 nm i jest jedną z pierwszych odlewni, które wdrożyły technologię EUV. Konwencjonalnie rzecz biorąc, możliwości zastosowanego lasera można obliczyć za pomocą prostego wzoru, dzieląc długość fali przez 2. Ponieważ EUV ma długość fali 13,5 nm, można z łatwością drukować płytki w procesie 7 nm (teoretyczny limit wynosi 6,75 nm, który można łatwo rozszerzyć do 5 nm za pomocą takich sztuczek jak multiwzorcowanie)

(...)

Porozmawiajmy teraz o Intelu. Firma już oświadczyła, że ​​nie musi korzystać z EUV w procesie 10 nm i planuje je stosować w węzłach mniejszych niż 10 nm (choć, szczerze mówiąc, mówi o tym od czasu węzła 45 nm) – i można być pewnym, że jeśli Intel przejdzie na EUV, jego długoletnia przewaga w tym obszarze technologicznym się utrzyma (niezależnie od tego, co mogą sugerować nazwy węzłów w reklamach). Chociaż klienci ASML pozostają tajemnicą, Intel jest oczywistym wyborem, biorąc pod uwagę jego ogromne udziały w firmie. Jeśli jednak wierzyć tej niedawnej reklamie, nie wygląda na to, żeby miało to nastąpić (lub miało nastąpić później niż pozostałe).

Wniosek : Wielu analityków wskazywało na fakt, że Intel miał problemy z przejściem na proces 14 nm, a 10 nm i 7 nm będą jeszcze trudniejsze. Jednak, jak już wyjaśniłem w artykule, problemy wynikały z faktu, że proces był znacznie mniejszy niż u innych firm i w ogóle nie porównywalny z węzłem FinFET 16 nm firmy TSMC, który w rzeczywistości ma 20 nm w przypadku FinFET-ów.

Dlatego na samym końcu artykułu przedstawię swoją opinię: Jest całkiem możliwe, że 7 nm nie pojawi się przed rokiem 2021/2022 (biorąc pod uwagę tempo PAO, 10 nm utrzyma się co najmniej do 2020 roku), a także jest bardzo prawdopodobne, że węzły procesowe będą sprzedawane jako 7 nm przez różne odlewnie przed Intelem. Nie jest jednak możliwe (a raczej wysoce nieprawdopodobne), aby Intel stracił pozycję lidera w zakresie procesu pod względem faktycznego fizycznego węzła. Aby tak się stało, musimy założyć, że nie przejdzie na EUV wraz z innymi, a biorąc pod uwagę, że Intel ma największy udział (14,37%) w firmie produkującej skanery EUV: ASML Holdings, wydaje się to bardzo, bardzo mało prawdopodobne.

Sep 10, 2016

wccftech.com