Изграждане на материалната база за ИИ

Бумът на изкуствения интелект се превръща в предизвикателство за материалите. Тъй като ИИ извежда изчислителната техника в нова територия, материалите, които стоят зад тази инфраструктура, стават също толкова важни, колкото и алгоритмите, работещи върху нея. Полупроводниците и центровете за данни се доближават до физическите си граници по отношение на производителността, топлинното управление, електрическата ефективност и надеждността, създавайки нови изисквания към материали, които могат да изпълняват повече функции едновременно. В същото време ИИ предоставя на специалистите по материалознание нови начини да изследват огромната вселена от възможни молекули и да ускорят разработването на решения.

За Майк Финели, главен директор по технологиите и иновациите и главен директор за Северна Америка в Syensqo, това сливане променя възможностите на модерните материали. „От гледна точка на материалите ИИ вече наистина тласка полупроводниците и центровете за данни до физическите им граници“, казва той.

С натрупването на изискванията — включително висока температура, чистота, електрически характеристики, химическа устойчивост, устойчивост на плазма и дългосрочна стабилност — материалите се придвижват към това, което Финели нарича „върха на пирамидата“. Освен че подкрепят иновациите в областта на ИИ, той твърди, че модерните материали „всъщност все повече определят какво ще бъде възможно“.

Това предизвикателство се проявява във всеки елемент от инфраструктурата, която захранва бума на ИИ. Syensqo разработва материали за архитектури на центрове за данни с високо напрежение, модерни уплътнителни материали за производството на полупроводници и решения за топлинно управление, включително флуиди за директно потапящо охлаждане. Някои от тези иновации могат да преминават и между различни индустрии. Например материали, разработени за електромобили, могат да помогнат за посрещането на по-високите изисквания към напрежението и енергийната плътност, които се появяват в центровете за данни.

Определението за производителност също се променя. Все повече клиенти очакват материалите да отговарят на техническите изисквания, като същевременно намаляват въздействието върху околната среда. „Нашата цел е да премахнем компромиса между производителност и устойчивост“, казва Финели. Това означава устойчивостта да се взема предвид още в началото на изследователския процес, вместо да се разглежда като допълнително изискване, след като материалът вече е разработен.

ИИ променя и начина, по който се откриват тези материали. Syensqo използва агенти с изкуствен интелект, за да синтезира цифрово милиони потенциални молекулярни комбинации, да прогнозира техните характеристики по отношение на производителността и устойчивостта и да ги сведе до много по-малка група за лабораторни изпитвания. Според Финели резултатът е възможност да се работи „по-широко, по-задълбочено и по-бързо“, като на учените се дава повече време да решават сложни инженерни проблеми.

Поглеждайки към бъдещето, Финели вижда възможност за взаимно подсилващ се цикъл: ИИ помага за разработването на материали, които подобряват инфраструктурата за ИИ, което на свой ред позволява създаването на по-добър ИИ, ускоряващ откриването на материали. Тази обратна връзка може да създаде цикъл на иновации и да разшири възможностите на бъдещите технологии.

„В крайна сметка се оказвате в ускорен, иновативен цикъл на иновации в материалите“, казва Финели. „Това наистина ме въодушевява и ни дава възможност да продължим да създаваме условия за технологии, които ще оформят бъдещето.“

Този епизод на Business Lab е създаден в партньорство със Syensqo.

Пълен транскрипт:

Меган Тейтъм: От MIT Technology Review, аз съм Меган Тейтъм, а това е Business Lab — предаването, което помага на бизнес лидерите да разберат новите технологии, излизащи от лабораторията и навлизащи на пазара.

Този епизод е създаден в партньорство със Syensqo.

Когато днес бъдат помолени да назоват ключовите фактори за напредъка на ИИ, много от нас биха посочили алгоритмите, центровете за данни или дори изчислителната мощ, но също толкова важни за производителността са модерните материали, които стоят в основата на всеки слой от тези иновации. С развитието на ИИ полупроводниците и центровете за данни се доближават до нови физически граници, оказвайки нов натиск върху сектора на модерните материали да не изостава. Но връзката работи и в двете посоки. Докато секторът се справя с това предизвикателство, ИИ се превръща и в мощен инструмент за ускоряване на откриването и разработването на материали, като значително съкращава сроковете за разработване на нови решения.

Две думи за вас: иновации в материалите.

Моят гост днес е Майк Финели, главен директор по технологиите и иновациите и главен директор за Северна Америка в Syensqo.

Добре дошли, Майк.

Майк Финели: Благодаря, Меган. Радвам се да бъда тук.

Меган: Благодаря ви много, че се присъединихте към нас. Майк, мога ли да започна, като ви помоля да ни разкажете малко повече за Syensqo и ролята, която компанията играе в разработването на модерни материали?

Майк: Да, разбира се. Syensqo е световен лидер в областта на специализираните материали. Нашата задача е да помагаме на клиентите да решават най-трудните си технологични предизвикателства. Обслужваме много различни пазари, но обичам да го казвам просто: ако лети, ние сме там. Ако се движи, ние сме в него. В здравеопазването нашите продукти буквално спасяват животи всеки ден. А ако харесвате мобилните си устройства, ако харесвате ИИ, именно нашите продукти правят възможни модерните полупроводникови чипове, необходими за всичко това. Нашата роля е да създаваме условия за иновации чрез модерна химия. Разработваме материали, които осигуряват по-висока производителност, по-голяма надеждност и все по-устойчиви решения. Бих казал, че това е в основата на нашия бизнес. Всъщност това е заложено и в името ни — Syensqo. А за да поставя някои числа в контекст, 20% от годишните ни приходи идват от нови продукти и приложения, които сме пуснали през последните пет години, което наистина е доказателство за много силен двигател на иновациите.

Меган: Да, разбира се. И както описахте, работите във всевъзможни индустрии, може би с особен акцент върху електрониката и полупроводниците. Можете ли да разкажете малко повече за тази дейност и може би накъде се движат тези индустрии?

Майк: Разбира се. Електрониката и полупроводниците са стратегически пазари за Syensqo буквално от десетилетия. Не искам да издавам възрастта си, но преди 33 години, когато започнах работа в компанията, полупроводниците бяха една от първите индустрии, в които работих. Подкрепяли сме последователни вълни от иновации — от създаването на по-малки и по-мощни мобилни устройства до подпомагането на индустрията да достигне до все по-малки размери на устройствата и чиповете. Помогнахме за развитието на хиперсвързаността, като подкрепихме все по-сложното производство на полупроводници. А днес помагаме за развитието на ерата на ИИ.

Разполагаме с един от най-широките портфейли в индустрията от високоефективни полимери и модерни материали. Подкрепяме приложения по цялата верига на стойността на електрониката — от производството на полупроводници и електронни компоненти до умни устройства и телекомуникации, включително хиперсвързаност. Нашите материали помагат на клиентите да решават все по-взискателни проблеми, свързани с миниатюризацията, топлинното управление, електрическите характеристики, химическата устойчивост, все по-високата чистота, както и дългосрочната надеждност и устойчивост. Днес работим с водещи производители на полупроводници и електронни компании по целия свят.

Меган: Прекрасно. И както споменахте, през последните 30 години станахме свидетели на огромно развитие в тези сектори.

Майк: О, боже мой, да.

Меган: А сега ИИ поставя нови изисквания към полупроводниците и центровете за данни. Какво означава това за материалите, от които са изградени, и до каква степен иновациите в ИИ ще бъдат ограничавани или ще получат възможност за развитие благодарение на намирането на решение от материалознанието?

Майк: Да, абсолютно сте права. Но от гледна точка на материалите ИИ вече наистина тласка полупроводниците и центровете за данни до физическите им граници, а материалите се превръщат в ключов фактор за продължаването на този напредък.

Опитвам се да го опиша така: представете си пирамида — аз я наричам пирамида на производителността. В основата на пирамидата са масовите материали, а на върха — високоефективните специализирани материали. В Syensqo всичко, което правим, е свързано с работа на върха на пирамидата и непрекъснато се опитваме да издигаме този връх, като предлагаме все по-нови и все по-високоефективни материали.

Сега може да попитате: добре, но защо един център за данни или завод за производство на полупроводници се нуждае от специализиран, а не от масов материал? Аз го наричам принципа „и, и, и“. Ако просто ви е необходим полимер или материал, който може да стои на стайна температура и да остане там в продължение на 10 години, без да се променя, има много масови материали, които ще свършат тази работа, и няма да имате проблем. В момента, в който започнете да добавяте изисквания — и аз го наричам „и, и, и“ — ако ви е необходим полимер, който може да издържа на висока температура и трябва да има висока чистота, електрически характеристики, химическа устойчивост и устойчивост на плазма, а също така да притежава дългосрочна стабилност, всички тези „и“ ви придвижват към върха на пирамидата.

Това, което ИИ прави с полупроводниците — заради скоростта, с която се развива — е да изисква от полупроводниковите чипове и центровете за данни все повече характеристики. Броят на изискванията, на тези „и“, се увеличава, което тласка материалите до техните граници. Именно тук се намесваме ние. И наистина вярвам, че модерните материали вече не просто подкрепят иновациите в ИИ — те все повече определят какво ще бъде възможно.

Меган: Разбирам. Това е изключително интересно. А по отношение на справянето с това предизвикателство, на фокусирането върху върха на пирамидата и върху принципа „и, и, и“, за който говорите, бихте ли ни разказали за един или два примера за такива решения на върха на пирамидата, които сте създали или разработвате в момента?

Майк: Както казах, фокусът ни е върху осигуряването на по-висока производителност, но и върху това да не правим компромис с надеждността или безопасността. Разработваме модерни полимери, еластомери, специализирани флуиди — флуиди означава смазочни и топлопреносни течности — и те се използват по време на целия процес на производство на полупроводници, както и все повече в инфраструктурата на центровете за данни за ИИ. Един пример за работата ни със специализирани материали за следващото поколение центрове за данни за ИИ е свързан с архитектурите с високо напрежение. Центровете за данни преминават към архитектури с високо напрежение, защото те могат да осигурят по-голяма изчислителна мощ, като същевременно подобрят енергийната ефективност. Знаем, че това е сериозен проблем за този сегмент на индустрията, а архитектурите с високо напрежение ще помогнат за намаляване и подобряване на енергийната ефективност, тъй като намаляват енергийните загуби и в крайна сметка могат да помогнат за понижаване на екологичния отпечатък на центровете за данни. Разработваме нови материали, които могат да им помогнат да постигнат това.

Друг пример са нашите високоефективни уплътнителни материали, намиращи се в заводите за производство на полупроводници и оборудването за обработка на пластини. Ако си представите как изглежда един полупроводник по време на обработката — много хора са виждали това — той представлява голям, голям силициев диск, който по-късно се нарязва на малките чипове, влизащи в компютъра. Но тази пластина се поставя в огромна камера, където средата е изключително агресивна — има активна плазма и реактивни химикали — и са необходими все по-високоефективни материали. Всички уплътнения около тази камера, които задържат газовете в средата вътре, трябва да могат да издържат на тези условия. Именно това разработваме, като непрекъснато разширяваме границите. От нас се изискват по-високи температури, по-агресивна среда, по-ниско отделяне на газове и по-висока чистота. Това разработваме за тази индустрия, за да позволим разработването и промишленото производство на следващия чип.

Меган: Толкова е интересно, че човек може да не обърне особено внимание на уплътнението в нещо подобно. Но както обяснявате, то е абсолютно критично за производителността. А при разработването на тези решения разбирам, че сте разглеждали и различни пазари, за да видите какво може да бъде приложимо в повече от една област. Това включва и припокриване между автомобилния сектор и центровете за данни, доколкото разбирам. Можете ли да ни разкажете малко повече за това?

Майк: Както споменах току-що, центровете за данни преминават към архитектури с по-високо напрежение. Това е следващото поколение центрове за данни, които могат да бъдат по-енергийно ефективни, но имат по-висока енергийна плътност. Плътността на мощността се увеличава, което води до повишаване на температурите. А много от материалните предизвикателства, пред които ще се изправим там, вече сме разработили за автомобилната индустрия и електромобилите. Ще ви дам пример за приложение. Помислете за един електромобил. Двигателят вече не е неговата основна силова система — това е батерията. Именно там се намира цялата енергия. А когато подавате сто киловата енергия към електрическия двигател чрез кабели и т.нар. шинопроводи, трябва да ускорите автомобила до 60 мили в час доста бързо. Прекарвате огромни количества енергия, които драматично повишават температурите.

Всички електрически връзки се намират в тези шинопроводи, а между медта за различните връзки има полимер — изолиращ полимер. Той трябва да издържа на това повишаване на температурата, което може да настъпи много бързо. Разработихме нови материали за тази цел и те могат да бъдат пренесени към центровете за данни, където ще има по-високи напрежения и по-висока енергийна плътност.

Друго нещо, по което работим в автомобилната индустрия, е, че разполагаме с много знания както в автомобилния сектор, така и в производството на полупроводници, свързани с циркулацията на флуиди и използването на диелектрични материали за директно потапящо охлаждане. Това ще бъде много ценно за центровете за данни и сървърните паркове. Използването на въздух за охлаждане на полупроводници е много неефективно и изисква много енергия. Ако можете да ги потопите в течност, получавате директно потапящо охлаждане, което е изключително ефективно. Това е още една област, по която работим.

Друго нещо, което разработихме в автомобилната индустрия и което може да бъде пренесено, са системите за съхранение на енергия от батерии. Вътре в батерията разработихме свързващо вещество. Това е най-високоефективното свързващо вещество на пазара, което се използва при катода на литиево-йонна батерия и поддържа всички съставки да работят заедно, така че батерията да може действително да издържи 10 години и да функционира добре. Сега то се пренася към центровете за данни, тъй като те все повече преминават към възобновяеми източници и се нуждаят от тези системи за съхранение на енергия, за да изглаждат пиковите натоварвания и да осигуряват устойчиво резервно захранване. Това е едно от нещата, по които работим. Като пренасяме знанията си между пазарите, можем да ускорим създаването на нови решения за електрозахранване и топлинно управление, като същевременно подкрепяме надеждността, необходима за инфраструктурата на ИИ от следващо поколение.

Меган: Прекрасно. Тук има толкова много приложения, които могат да бъдат пренесени и които човек непременно не би се сетил веднага. И, разбира се, не е нужно да се справяте само с техническия напредък. Днес компаниите също така изискват материалите да бъдат разработвани и произвеждани по-отговорно. Как устойчивостта оформя вашия иновационен процес?

Майк: Да, абсолютно сте права. Бих казал, че производителността все още е входният билет. Нашите клиенти искат производителност. Това, което се променя, е, че определението за производителност вече е по-широко и включва цели и изисквания за устойчивост. Клиентите ни очакват материали, които осигуряват изключителни технически характеристики, като същевременно са разработени и произведени по-отговорно.

В Syensqo вярваме, че да бъдеш отговорна компания означава да предоставяш на клиентите истински устойчиви бизнес решения. Ето защо разработихме това, което наричаме инструмент за управление на устойчивото портфолио — SPM. Това е матрица, която определя какво представлява устойчивото решение. За нас това е продукт, който в дадено приложение подобрява социалните и екологичните характеристики на нашия продукт, като същевременно демонстрира по-ниско въздействие върху околната среда при производството си и създава стойност за клиентите ни. Накратко, искаме да разработваме продукти, а това е началната точка. Всеки един от нашите изследователски проекти се оценява още преди началото му, за да се установи дали ще доведе до устойчив продукт или не.

Вече 88% от портфолиото ни представлява устойчиви продукти. Разработваме материали, които са по-добри за околната среда и имат по-нисък екологичен отпечатък при производството, но също така допринасят за подобрения и при нашите клиенти — така че те да могат да работят с по-нисък въглероден отпечатък, по-безопасно или с по-ниско потребление на вода. Списъкът е дълъг.

Друг пример е дългосрочната ни разработка на топлопреносни флуиди от следващо поколение. Производството на полупроводници и центровете за данни станаха по-мощни. Споменах по-рано топлината, която генерират, особено когато преминат към архитектури с по-високо напрежение. Управлението на тази топлина става все по-важно. Отново споменах директното потапящо охлаждане. Разработваме тези решения, защото днес съществуват флуиди, които работят, но имат висок потенциал за глобално затопляне. Това не е добре за околната среда. Разработваме топлопреносни флуиди от следващо поколение, които ще намалят потенциалното въздействие върху околната среда в сравнение със съществуващите флуиди. В крайна сметка нашата цел е да премахнем компромиса между производителност и устойчивост. Забелязвате, че това е още едно „и“ — можем да бъдем едновременно производителни и устойчиви.

Меган: Това е толкова важно, нали — да мислим за устойчивостта от гледна точка на производителността? Както казвате, когато мислим за комерсиалното мащабиране на тези решения, това е изключително важна част от процеса. И както споменах във въведението, ИИ не е само предизвикателство, а и възможност в областта на модерните материали. Бих искала да разгледаме как използвате инструментите с ИИ в Syensqo, за да насочвате и ускорявате разработването на решения.

Майк: Абсолютно. Преди около две години започнахме този път, като използваме ИИ в нашите изследователски и развойни дейности, и си партнираме с Microsoft и техния инструмент Microsoft Discovery, който ни помага бързо да идентифицираме и оценяваме обещаващи молекулярни кандидати.

При традиционния изследователски подход исторически първо проектирате експеримента си и разглеждате всички потенциални комбинации от материали и химикали, от които бихте могли да създадете различни молекули. Комбинациите от потенциални молекули, които бихте могли да разработите, за да решите даден проблем, може да са милиони, но е невъзможно да разработите милион или десетки милиони молекули в лабораторията си и действително физически да направите това. Затова трябва да изберете малка област въз основа на своя опит и знания, на търсенията в научната литература, на съвременното ниво на развитие, на съществуващите патенти и т.н. Избирате малка област и преминавате през процеса: разработвате материалите, изпитвате ги, научавате нещо, връщате се към чертожната дъска и започвате отново. В крайна сметка намирате нещо, което работи, но това не означава, че сте открили най-добрата възможна комбинация сред всички съществуващи.

Това, което правим с ИИ, е да използваме разработени съвместно с Microsoft агенти с изкуствен интелект, които буквално синтезират цифрово всички милиони и милиони потенциални молекулярни комбинации. Имаме и други агенти с ИИ, които използват симулации, основани на физиката, за да разглеждат всички тези молекули и да прогнозират характеристиките им — не само физико-химичните им свойства, но и токсичността, устойчивостта и т.н. След това друг агент събира цялата тази информация и ги подрежда. В крайна сметка сме изследвали всички потенциални молекули, които съществуват. Имаме приблизителна представа за очакваните им характеристики и получаваме списък с приоритети — например сто молекули вместо милиони и милиони — които действително синтезираме в лабораторията.

В крайна сметка решението се получава по-бързо — много, много по-бързо. Изследвали сте цялото пространство от възможности. Аз по същество казвам, че това ни позволява да работим по-широко, по-задълбочено и по-бързо. А важното е, че това не заменя нашите учени и не заменя научната ни експертиза. В известен смисъл им дава свръхспособности. Позволява им да прекарват по-малко време в търсене и повече време в решаване на най-трудните инженерни предизвикателства на индустрията.

Меган: Удивително. От обяснението ви изглежда, че това наистина е трансформиращ инструмент.

Майк: Напълно, напълно.

Меган: Искам само да завършим, Майк, като погледнем напред, ако можем, защото и в областта на ИИ, и в тази на модерните материали има толкова много активност. Чудя се какво предстои и какво ви вълнува най-много?

Майк: Говорих много за ИИ и за това как използваме ИИ, за да разработваме нови материали. Според мен наистина вълнуващото — и започвам да виждам как това действително се случва, просто ми е любопитно колко бързо ще се развие — е, че използваме ИИ, за да разработваме нови материали, които ще помогнат на ИИ да стане по-добър, а след това този ИИ ще използва новия ИИ, за да разработва нови материали, които ще направят ИИ още по-добър. Виждам този цикъл: разработваме за ИИ, ИИ се усъвършенства, а след това използваме този ИИ, за да усъвършенстваме самите себе си. В крайна сметка се оказвате в ускорен, иновативен цикъл на иновации в материалите. Това наистина ме въодушевява и ни дава възможност да продължим да създаваме условия за технологии, които ще оформят бъдещето. Това правим в Syensqo.

Меган: Прекрасно. Да, звучи като своеобразен добродетелен кръг на иновациите. Удивително. Благодаря ви много, Майк.

Майк: Благодаря.

Меган: Благодаря ви много. Това беше Майк Финели, главен директор по технологиите и иновациите и главен директор за Северна Америка в Syensqo, с когото разговарях от Брайтън, Англия.

Това беше всичко за този епизод на Business Lab. Аз съм вашата водеща Меган Тейтъм. Аз съм редактор и водещ за Insights, подразделението за специализирано издателско съдържание на MIT Technology Review. Създадени сме през 1899 г. в Масачузетския технологичен институт и можете да ни откриете в печатни издания, онлайн и на събития по целия свят всяка година. За повече информация за нас и предаването посетете уебсайта ни на technologyreview.com.

Това предаване е достъпно навсякъде, където получавате подкастите си, и ако ви е харесало, се надяваме да отделите малко време, за да ни оцените и да оставите отзив. Business Lab е продукция на MIT Technology Review, а този епизод е продуциран от Giro Studios. Благодаря ви много, че слушахте. Довиждане.

Това съдържание е създадено от Insights, подразделението за специализирано съдържание на MIT Technology Review, а не от редакционния му екип. То е проучено и написано от хора, като всички инструменти с ИИ, които може да са били използвани, са били ограничени до производствени процеси под човешки надзор.