Створення матеріальної бази для ШІ

Бум штучного інтелекту стає викликом для матеріалів. Оскільки ШІ виводить обчислення на новий рівень, матеріали, що лежать в основі цієї інфраструктури, стають не менш важливими, ніж алгоритми, які на ній працюють. Напівпровідники та центри обробки даних наближаються до фізичних меж у питаннях продуктивності, терморегулювання, електричної ефективності та надійності, створюючи новий попит на матеріали, здатні одночасно виконувати більше функцій. Водночас ШІ надає науковцям у галузі матеріалознавства нові способи пошуку в безмежному всесвіті можливих молекул і прискорення розробки рішень.

Для Майка Фінеллі, директора з технологій та інновацій і директора з роботи в Північній Америці компанії Syensqo, це поєднання трансформує можливості передових матеріалів. «З погляду матеріалів ШІ зараз справді підштовхує напівпровідники та центри обробки даних до їхніх фізичних меж», — каже він.

У міру накопичення вимог — високої температури, чистоти, електричних характеристик, хімічної стійкості, стійкості до плазми та довготривалої стабільності — матеріали наближаються до того, що Фінеллі називає «вершиною піраміди». Він стверджує, що передові матеріали не лише підтримують інновації у сфері ШІ, а й «фактично дедалі більше визначають, що буде можливим».

Цей виклик проявляється в усій інфраструктурі, яка забезпечує стрімкий розвиток ШІ. Syensqo розробляє матеріали для архітектур центрів обробки даних із високою напругою, передові герметизувальні матеріали для виробництва напівпровідників і рішення для терморегулювання, зокрема рідини для прямого занурювального охолодження. Деякі з цих інновацій можуть виходити за межі окремих галузей. Наприклад, матеріали, розроблені для електромобілів, можуть допомогти задовольнити підвищені вимоги до напруги та щільності енергії, які виникають у центрах обробки даних.

Змінюється і саме визначення продуктивності. Дедалі більше клієнтів очікують, що матеріали відповідатимуть технічним вимогам і водночас зменшуватимуть вплив на довкілля. «Наша мета — усунути компроміс між продуктивністю та сталим розвитком», — каже Фінеллі. Це означає враховувати сталість на початку дослідницького процесу, а не розглядати її як додаткову вимогу після розробки матеріалу.

ШІ також змінює спосіб відкриття таких матеріалів. Syensqo використовує агентів ШІ для цифрового синтезу мільйонів потенційних молекулярних комбінацій, прогнозування їхніх характеристик продуктивності та сталості й скорочення цього переліку до значно меншої групи для лабораторних випробувань. За словами Фінеллі, це дає змогу працювати «ширше, глибше та швидше», водночас залишаючи науковцям більше часу для розв’язання складних інженерних завдань.

Дивлячись у майбутнє, Фінеллі бачить можливість виникнення циклу взаємного посилення: ШІ допомагає розробляти матеріали, які вдосконалюють інфраструктуру ШІ, а це, своєю чергою, дає змогу створювати кращий ШІ для прискорення відкриття матеріалів. Такий зворотний зв’язок може сформувати цикл інновацій і розширити можливості майбутніх технологій.

«У результаті ви отримуєте прискорений інноваційний цикл розвитку матеріалів», — каже Фінеллі. «Це справді надихає мене й дає нам можливість і надалі забезпечувати технології, які формуватимуть майбутнє».

Цей епізод Business Lab створено у партнерстві із Syensqo.

Повна розшифровка:

Меган Татум: Я Меган Татум із MIT Technology Review, і це Business Lab — програма, яка допомагає бізнес-лідерам зрозуміти нові технології, що виходять із лабораторій на ринок.

Цей епізод створено у партнерстві із Syensqo.

Якщо попросити назвати ключові чинники розвитку ШІ, багато хто з нас згадає алгоритми, центри обробки даних або навіть обчислювальну потужність. Але не менш важливими для продуктивності є передові матеріали, на яких ґрунтується кожен рівень цих інновацій. У міру подальшого розвитку ШІ він підштовхує напівпровідники та центри обробки даних до нових фізичних меж, посилюючи тиск на сектор передових матеріалів, який має встигати за цими змінами. Але цей зв’язок працює в обох напрямках. Поки сектор відповідає на цей виклик, ШІ також стає потужним інструментом для прискорення відкриття й розробки матеріалів, істотно скорочуючи терміни створення нових рішень.

Два слова для вас: інновації в матеріалах.

Мій сьогоднішній гість — Майк Фінеллі, директор із технологій та інновацій і директор із роботи в Північній Америці компанії Syensqo.

Вітаю, Майку.

Майк Фінеллі: Дякую, Меган. Радий бути тут.

Меган: Дякую, що приєдналися до нас. Майку, чи можу я почати з прохання трохи більше розповісти про Syensqo і роль компанії в розробці передових матеріалів?

Майк: Так, звичайно. Syensqo — світовий лідер у сфері спеціалізованих матеріалів. Наше завдання — допомагати клієнтам розв’язувати їхні найскладніші технологічні проблеми. Ми працюємо на багатьох різних ринках, але я люблю пояснювати це просто: якщо щось літає — ми беремо в цьому участь. Якщо щось рухається — ми всередині. У сфері охорони здоров’я наші продукти буквально щодня рятують життя. А якщо вам подобаються мобільні пристрої чи ШІ, саме наші продукти забезпечують роботу передових напівпровідникових чипів, необхідних для всього цього. Наша роль — забезпечувати інновації завдяки передовій хімії. Ми розробляємо матеріали, які забезпечують вищу продуктивність, більшу надійність і дедалі більш сталі рішення. Я б сказав, що це серце нашого бізнесу. Власне, це закладено в нашій назві — Syensqo. Якщо говорити в цифрах, 20% нашого річного доходу припадає на нові продукти й застосування, запущені протягом останніх п’яти років, що є справжнім свідченням потужного інноваційного двигуна.

Меган: Так, безумовно. Як ви щойно описали, ви працюєте в найрізноманітніших галузях, приділяючи, можливо, особливу увагу електроніці та напівпровідникам. Чи можете трохи докладніше розповісти про цю роботу і про те, куди, на вашу думку, рухаються ці галузі?

Майк: Звичайно. Електроніка та напівпровідники є стратегічними ринками для Syensqo буквально протягом десятиліть. Не хочу виказувати свій вік, але 33 роки тому, коли я прийшов у компанію, напівпровідники були однією з перших галузей, у яких я працював. Ми підтримували наступні хвилі інновацій — від створення менших і потужніших мобільних пристроїв до допомоги галузі в переході до дедалі менших форм-факторів і чипів. Ми сприяли розвитку гіперпідключеності, підтримуючи дедалі складніше виробництво напівпровідників. А сьогодні допомагаємо розвивати еру ШІ.

У нас один із найширших у галузі портфелів високоефективних полімерів і передових матеріалів. Ми підтримуємо застосування по всьому ланцюжку створення вартості в електроніці — від виробництва напівпровідників та електронних компонентів до інтелектуальних пристроїв і телекомунікацій, а також гіперпідключеності. Наші матеріали допомагають клієнтам розв’язувати дедалі складніші завдання, пов’язані з мініатюризацією, терморегулюванням, електричними характеристиками, хімічною стійкістю, дедалі вищою чистотою, довготривалою надійністю та сталістю. Сьогодні ми працюємо з провідними виробниками напівпровідників і електроніки по всьому світу.

Меган: Чудово. І, як ви згадали, за останні 30 років ми побачили величезні зміни в цих секторах.

Майк: О боже, так.

Меган: А тепер ШІ висуває нові вимоги до напівпровідників і центрів обробки даних. Що це означає для матеріалів, із яких вони виготовлені, і якою мірою інновації у сфері ШІ будуть обмежені або, навпаки, забезпечені пошуком рішення в матеріалознавстві?

Майк: Так, ви абсолютно маєте рацію. З погляду матеріалів ШІ зараз справді підштовхує напівпровідники та центри обробки даних до їхніх фізичних меж, а матеріали стають ключовим чинником подальшого прогресу.

Я намагаюся описати це так: уявіть піраміду — я називаю її пірамідою продуктивності. В основі піраміди розташовані стандартні матеріали, а на вершині — високоефективні спеціалізовані матеріали. У Syensqo ми працюємо лише на вершині піраміди й постійно намагаємося піднімати цю вершину, виводячи на ринок дедалі новіші та ефективніші матеріали.

Ви можете запитати: добре, але навіщо центру обробки даних або фабриці з виробництва напівпровідників спеціалізований матеріал, а не щось зі стандартного сегмента? Я називаю це принципом «і, і, і». Якщо вам просто потрібен полімер або матеріал, який може перебувати за кімнатної температури й залишатися там протягом 10 років без змін, то існує багато стандартних матеріалів, які це забезпечать, і проблеми немає. Щойно ви починаєте додавати вимоги — і я називаю це принципом «і, і, і», — наприклад, якщо вам потрібен полімер, здатний витримувати високу температуру, мати високу чистоту, належні електричні характеристики, хімічну стійкість і стійкість до плазми, а також довготривалу стабільність, — усі ці «і» підштовхують вас до вершини піраміди.

Те, що ШІ робить із напівпровідниками завдяки швидкості його розвитку, полягає в тому, що він збільшує кількість вимог до напівпровідникових чипів і центрів обробки даних, додає дедалі більше «і» та випробовує межі можливостей матеріалів. Саме тут ми й вступаємо в гру. Я справді вважаю, що передові матеріали більше не просто підтримують інновації у сфері ШІ — ми дедалі більше визначаємо, що буде можливим.

Меган: Так, це захопливо. А якщо говорити про відповідь на цей виклик, про зосередження на вершині піраміди та принципі «і, і, і», чи могли б ви розповісти про один або два приклади таких рішень, які ви вже створили або над якими працюєте зараз?

Майк: Як я вже сказав, наша мета — забезпечувати вищу продуктивність, не поступаючись надійністю чи безпекою. Ми розробляємо передові полімери, еластомери, спеціалізовані рідини — тобто мастильні матеріали та теплоносії, — які використовуються в усьому процесі виробництва напівпровідників, а також дедалі частіше в інфраструктурі центрів обробки даних для ШІ. Одним із прикладів нашої роботи зі спеціалізованими матеріалами для центрів обробки даних ШІ наступного покоління є робота над архітектурами з високою напругою. Центри обробки даних переходять до архітектур із високою напругою, оскільки вони можуть забезпечити більшу обчислювальну потужність і водночас підвищити енергоефективність. Ми знаємо, що це важливе питання для цього сегмента галузі: такі архітектури допоможуть підвищити енергоефективність, оскільки зменшують втрати енергії, а зрештою можуть знизити екологічний слід центрів обробки даних. Ми розробляємо нові матеріали, які допоможуть цього досягти.

Інший приклад — високоефективні герметизувальні матеріали, що використовуються всередині фабрик із виробництва напівпровідників і в обладнанні для обробки пластин. Якщо уявити, як виглядає напівпровідник під час виробництва, то це великий-великий кремнієвий диск, який потім нарізають на крихітні чипи для комп’ютерів. Але цю пластину поміщають у величезну камеру з надзвичайно агресивним середовищем: активною плазмою та реактивними хімічними речовинами. Тому потрібні дедалі ефективніші матеріали. Усі ущільнення навколо камери, які утримують ці гази всередині, мають витримувати таке середовище. Саме такі матеріали ми розробляємо, розширюючи межі можливого. Від нас вимагають роботи за вищих температур, в агресивнішому середовищі, із меншим виділенням газів і вищою чистотою. Ми розробляємо це для галузі, щоб забезпечити розробку та промислове виробництво наступного покоління чипів.

Меган: Дуже цікаво, що люди, можливо, не надто замислювалися б про ущільнення в чомусь подібному. Але, як ви пояснюєте, воно абсолютно критично важливе для продуктивності. І під час розробки цих рішень, наскільки я розумію, ви також вивчали різні ринки, щоб визначити, що можна застосувати більш ніж в одній сфері. Зокрема, йдеться про перетин автомобільної галузі та центрів обробки даних. Чи можете трохи більше про це розповісти?

Майк: Як я щойно згадував, центри обробки даних переходять до архітектур із вищою напругою. Це центри обробки даних наступного покоління, які можуть бути енергоефективнішими, але мають вищу щільність енергії. Зростає щільність потужності, а разом із нею — температура. І багато матеріальних викликів, із якими ми там зіткнемося, ми вже розв’язали для автомобільної галузі, зокрема для електромобілів. Наведу приклад застосування. Подумайте про електромобіль. Його силовим центром тепер є не двигун, а акумулятор. Саме там зберігається вся енергія. Коли ви передаєте сто кіловатів енергії до електродвигуна через дроти та так звані шини, автомобіль має досить швидко розігнатися до 60 миль на годину. Ви передаєте величезні обсяги енергії, що різко підвищує температуру.

Усі електричні з’єднання розташовані в цих шинах, де між мідними провідниками для всіх з’єднань міститься полімер — ізоляційний полімер. Він має витримувати підвищення температури, яке може відбутися дуже швидко. Ми розробили нові матеріали для цього застосування, і їх можна перенести до центрів обробки даних, де будуть вищі напруги та щільність енергії.

Ще один напрям, над яким ми працюємо в автомобільній галузі, — це наші знання про циркуляцію рідин і використання діелектричних матеріалів для прямого занурювального охолодження, накопичені як в автомобільній, так і в напівпровідниковій сферах. Це буде дуже цінним для центрів обробки даних і серверних ферм. Використання повітря для охолодження напівпровідників є справді неефективним і енергоємним. Якщо занурити їх у рідину, можна застосувати пряме занурювальне охолодження, яке є надзвичайно ефективним. Це ще один напрям, над яким ми працюємо.

Ще один продукт, розроблений нами для автомобільної галузі й придатний для перенесення в інші сфери, — системи накопичення енергії акумуляторів. Усередині акумулятора ми розробили зв’язувальну речовину. Це найефективніша зв’язувальна речовина на ринку, яка використовується в катоді літій-іонного акумулятора. Вона забезпечує узгоджену роботу всіх компонентів, завдяки чому акумулятор може працювати протягом 10 років. Тепер це рішення переходить до центрів обробки даних, оскільки вони дедалі активніше використовують відновлювані джерела енергії та потребують систем накопичення енергії для згладжування пікових навантажень і забезпечення резервного живлення. Це один із напрямів нашої роботи. Переносячи знання між ринками, ми можемо прискорити створення нових рішень у сфері енергопостачання й терморегулювання, водночас забезпечуючи надійність, необхідну для інфраструктури ШІ наступного покоління.

Меган: Чудово. Тут так багато взаємозамінних застосувань, які неодмінно не спали б на думку. І, звісно, вам доводиться враховувати не лише технічний прогрес. Сьогодні компанії також вимагають, щоб матеріали розроблялися та вироблялися відповідальніше. Як сталість формує ваш інноваційний процес?

Майк: Так, ви абсолютно маєте рацію. Скажу, що продуктивність і далі залишається перепусткою на ринок. Наші клієнти хочуть продуктивності. Змінюється те, що саме визначення продуктивності стало ширшим і тепер включає цілі та вимоги щодо сталості. Наші клієнти очікують від матеріалів виняткових технічних характеристик, а також відповідальнішого підходу до їхньої розробки та виробництва.

У Syensqo ми вважаємо, що діяльність відповідальної компанії означає надання клієнтам справді сталих бізнес-рішень. Саме тому ми розробили інструмент, який називаємо Sustainable Portfolio Management, або SPM. Це матриця, що визначає, чим є стале рішення. Для нас це продукт, який у певному застосуванні покращує соціальні та екологічні характеристики нашого продукту, а також демонструє менший вплив на довкілля під час виробництва, створюючи цінність для клієнтів. Коротко кажучи, ми хочемо розробляти продукти, і саме з цього все починається. Кожен наш дослідницький проєкт оцінюється ще до початку роботи над ним — чи стане він сталим продуктом.

Сьогодні 88% нашого портфеля становлять сталі продукти. Ми розробляємо матеріали, які є кращими для довкілля та мають менший екологічний слід під час виробництва, але також сприяють покращенням для наших клієнтів: допомагають їм працювати з меншим вуглецевим слідом, безпечніше або з меншим споживанням води. Тут є багато різних аспектів.

Інший приклад — наша довгострокова розробка теплоносіїв наступного покоління. Виробництво напівпровідників і центри обробки даних стали потужнішими. Я вже згадував про тепло, яке вони генерують, особливо під час переходу до архітектур із вищою напругою. Контроль цього тепла стає дедалі важливішим. Я також згадував про пряме занурювальне охолодження. Ми розробляємо такі рішення, оскільки наявні сьогодні рідини працюють, але мають високий потенціал глобального потепління. Це несприятливо для довкілля. Ми розробляємо теплоносії наступного покоління, які зменшать потенційний вплив на довкілля порівняно з сучасними рідинами. Зрештою, наша мета — усунути компроміс між продуктивністю та сталістю. Як бачите, це ще одне «і»: ми можемо бути водночас продуктивними та сталими.

Меган: Це справді дуже важливо — думати про сталість як про складову продуктивності, чи не так? Як ви кажете, коли ми говоримо про комерційне масштабування цих рішень, це надзвичайно важлива його частина. І, як я згадувала у вступі, ШІ — це не лише виклик, а й можливість у сфері передових матеріалів. Я хотіла б також дізнатися, як ви використовуєте інструменти ШІ в Syensqo для формування та прискорення розробки рішень.

Майк: Звичайно. Приблизно два роки тому ми розпочали цей шлях і почали використовувати ШІ в наших дослідженнях та розробках. Ми співпрацюємо з Microsoft і використовуємо їхній інструмент Microsoft Discovery, який допомагає нам швидко визначати й оцінювати перспективні молекулярні кандидати.

У традиційному дослідницькому підході ви історично спочатку розробляли експеримент, а потім розглядали всі потенційні комбінації матеріалів і хімічних речовин, із яких можна було створити різні молекули. Кількість потенційних комбінацій молекул, які можна розробити для розв’язання проблеми, може сягати мільйонів. Але неможливо розробити мільйон або десятки мільйонів молекул у лабораторії та фізично випробувати їх усі. Тому доводиться обирати невелику область, спираючись на власний досвід і знання, результати пошуку в науковій літературі, наявний рівень технологій, патенти тощо. Ви обираєте невелику область і проходите весь процес: розробляєте матеріали, випробовуєте їх, дізнаєтеся щось нове, повертаєтеся до креслярської дошки й починаєте спочатку. Зрештою ви знаходите щось, що працює, але це не означає, що ви знайшли найкращу можливу комбінацію з усіх доступних.

Але за допомогою ШІ ми разом із Microsoft розробили агентів ШІ, які буквально цифровим способом синтезують усі мільйони й мільйони потенційних молекулярних комбінацій. Інші агенти ШІ використовують фізичне моделювання, щоб проаналізувати всі ці молекули та спрогнозувати їхні характеристики — не лише фізико-хімічні властивості й продуктивність, а й токсичність, сталість тощо. Потім ще один агент збирає всю цю інформацію та ранжує молекули. Зрештою ми досліджуємо всі потенційні молекули, розуміємо, якими приблизно мають бути їхні характеристики, і отримуємо пріоритетний список приблизно зі ста молекул замість мільйонів, які ми фактично синтезуємо в лабораторії.

У результаті ви отримуєте рішення швидше — набагато швидше. Ви досліджуєте весь простір можливостей. Я кажу, що це дає нам змогу працювати ширше, глибше та швидше. Важливо, що це не замінює наших науковців і не замінює наукову експертизу. Певною мірою це наділяє їх суперсилами. Це дає їм змогу витрачати менше часу на пошук і більше — на розв’язання найскладніших інженерних завдань галузі.

Меган: Неймовірно. Схоже, з ваших слів, це справді трансформаційний інструмент.

Майк: Абсолютно, абсолютно.

Меган: На завершення, Майку, було б чудово зазирнути в майбутнє, адже і в ШІ, і у сфері передових матеріалів відбувається так багато. Що, на вашу думку, з’явиться найближчим часом і чого ви найбільше очікуєте?

Майк: Я багато говорив про ШІ та про те, як ми використовуємо його для розробки нових матеріалів. Мені здається справді захопливою — і я вже починаю бачити, як це відбувається, хоча мені цікаво, наскільки швидко, — можливість використовувати ШІ для розробки нових матеріалів, які допоможуть удосконалювати ШІ, а потім цей ШІ використовуватиме новий ШІ для розробки нових матеріалів, щоб іще більше вдосконалити ШІ. Я бачу цей цикл: ми розробляємо матеріали для ШІ, ШІ вдосконалюється, а потім ми використовуємо цей ШІ, щоб удосконалювати самих себе. У результаті виникає прискорений інноваційний цикл розвитку матеріалів. Це справді надихає мене й дає нам можливість і надалі забезпечувати технології, які формуватимуть майбутнє. Саме цим ми займаємося в Syensqo.

Меган: Чудово. Схоже на справжнє позитивне замкнене коло інновацій. Неймовірно. Дуже дякую, Майку.

Майк: Дякую.

Меган: Щиро дякую. Це був Майк Фінеллі, директор із технологій та інновацій і директор із роботи в Північній Америці компанії Syensqo, з яким я розмовляла з Брайтона в Англії.

На цьому цей епізод Business Lab завершується. Я ваша ведуча Меган Татум. Я редакторка та ведуча Insights — підрозділу MIT Technology Review, що займається створенням спеціального контенту. Ми були засновані 1899 року в Массачусетському технологічному інституті, а сьогодні нас можна знайти в друкованих виданнях, в інтернеті та на заходах по всьому світу. Щоб дізнатися більше про нас і нашу програму, відвідайте наш вебсайт technologyreview.com.

Цю програму можна слухати всюди, де ви отримуєте подкасти. Якщо вона вам сподобалася, сподіваємося, ви знайдете час оцінити її та залишити відгук. Business Lab — це проєкт MIT Technology Review, а цей епізод створено Giro Studios. Дуже дякую за прослуховування. До побачення.

Цей контент створено Insights — підрозділом MIT Technology Review, що займається спеціальним контентом, а не його редакцією. Він був досліджений і написаний людьми; будь-які інструменти ШІ, які могли використовуватися, були обмежені виробничими процесами під наглядом людей.