Sự phát triển nhanh của các máy chủ trí tuệ nhân tạo đang kéo theo một bài toán ngày càng lớn về năng lượng. Các bộ xử lý đồ họa (GPU), đóng vai trò là động cơ tính toán trong máy chủ AI, liên tục được nâng cấp về hiệu suất nhưng đồng thời cũng tiêu thụ lượng điện ngày càng lớn.

Thực tế này đang thúc đẩy các nhà sản xuất chip và doanh nghiệp linh kiện điện tử tìm kiếm những phương thức cấp nguồn hiệu quả hơn, nhằm hạn chế lượng điện năng thất thoát trong quá trình vận hành.

Một trong những linh kiện được kỳ vọng đóng vai trò ngày càng quan trọng trong các hệ thống cấp nguồn mới là cuộn cảm màng mỏng (thin-film inductor). Đây là loại linh kiện điện tử siêu nhỏ có khả năng chống lại sự thay đổi đột ngột của dòng điện, qua đó giúp điều tiết và ổn định điện áp cung cấp cho bộ vi xử lý.

TDK là tập đoàn điện tử đa quốc gia của Nhật Bản, hoạt động mạnh trong lĩnh vực linh kiện điện tử và vật liệu công nghệ cao. TDK kỳ vọng nhu cầu đối với cuộn cảm màng mỏng sẽ tăng mạnh khi các kiến trúc cấp nguồn dành cho máy chủ AI tiếp tục thay đổi theo hướng tiết kiệm năng lượng hơn.

Hướng tới kiến trúc cấp nguồn theo chiều dọc

Công ty TDK của Nhật Bản dự kiến ​​sẽ đầu tư khoảng 260 triệu đô la vào hai nhà máy trong ba năm tới để tăng năng lực sản xuất các linh kiện điện tử siêu nhỏ được gọi là cuộn cảm màng mỏng (ảnh bên trái). (Nguồn: TDK và Mayumi Tsumita)

Một phương thức đang nhận được nhiều sự chú ý là cấp nguồn theo chiều dọc (vertical power delivery). Thay vì bố trí các linh kiện cấp nguồn ở bên cạnh GPU như cách truyền thống, hệ thống mới đặt các linh kiện này ngay bên dưới bộ xử lý.

Cách bố trí này giúp rút ngắn đường dẫn điện giữa GPU và hệ thống cấp nguồn, từ đó giảm điện trở cũng như các dạng hao hụt năng lượng khác. Theo ước tính, giải pháp cấp nguồn theo chiều dọc có thể cắt giảm khoảng 30% đến 50% lượng điện năng hao hụt.

TDK dự báo các cuộn cảm màng mỏng được tích hợp trực tiếp vào lớp đế (substrate) bên dưới GPU sẽ được sử dụng rộng rãi hơn khi kiến trúc này được triển khai.

So với những sản phẩm thông thường, các cuộn cảm tích hợp này chỉ có độ dày khoảng một phần mười. Quá trình sản xuất cũng đòi hỏi khả năng kiểm soát kích thước với độ chính xác ở cấp micromet.

Hiện chỉ có một số ít doanh nghiệp trên thế giới có khả năng sản xuất hàng loạt loại cuộn cảm tích hợp như vậy. TDK phát triển công nghệ này dựa trên các kỹ thuật chế tạo màng mỏng mà tập đoàn đã hoàn thiện trong quá trình sản xuất linh kiện dành cho ổ cứng (HDD).

Xem thêm: Nhật Bản đặt cược 2.300 tỷ USD, tham vọng dẫn dắt tiêu chuẩn công nghệ toàn cầu

Không chỉ phục vụ trực tiếp cho chip AI, cuộn cảm màng mỏng còn được TDK định hướng sử dụng trong các bộ thu phát quang. Đây là thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện và tín hiệu quang, phục vụ truyền tải khối lượng dữ liệu lớn giữa các máy chủ và thiết bị khác.

Đầu tư 40 tỷ yên mở rộng năng lực sản xuất

Để chuẩn bị cho nhu cầu mới, TDK dự kiến đầu tư khoảng 40 tỷ yên, tương đương 260 triệu USD, vào hai nhà máy tại Nhật Bản trong vòng ba năm tới.

Trong đó, khoảng 35 tỷ yên sẽ được đầu tư cho nhà máy tại tỉnh Yamanashi. Cơ sở này sẽ tập trung sản xuất cuộn cảm màng mỏng dành cho chip AI.

Khoảng 5 tỷ yên còn lại sẽ được đầu tư vào nhà máy tại tỉnh Yamagata, nơi sản xuất cuộn cảm màng mỏng phục vụ các bộ thu phát quang.

Theo kế hoạch, TDK sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt các dòng cuộn cảm màng mỏng hiệu suất cao, tương thích với kiến trúc cấp nguồn máy chủ mới, trong năm tài chính kết thúc vào tháng 3/2027. Từ năm tài chính tiếp theo, công ty dự kiến bắt đầu cung cấp sản phẩm cho các nhà sản xuất chip lớn.

Kế hoạch mở rộng sản xuất được đưa ra trong bối cảnh mảng linh kiện thụ động của TDK, bao gồm cuộn cảm, đang ghi nhận mức tăng trưởng đáng kể.

Xem thêm: Philippines chuyển hướng chiến lược, rót 34,4 tỷ USD vào hạ tầng AI

Trong giai đoạn từ tháng 4 đến tháng 6 năm 202, doanh thu của mảng này tăng 28% so với cùng kỳ, đạt 176,8 tỷ yên. Lĩnh vực linh kiện thụ động hiện đóng góp khoảng 24% tổng doanh thu và khoảng 20% lợi nhuận hoạt động của TDK, trở thành một trong những mảng kinh doanh cốt lõi của tập đoàn.

Với nhu cầu điện năng của máy chủ AI tiếp tục gia tăng, TDK đang đặt cược vào các linh kiện có kích thước ngày càng nhỏ nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả cấp nguồn. Cuộn cảm màng mỏng vì thế được kỳ vọng trở thành một trong những sản phẩm hưởng lợi trực tiếp từ quá trình mở rộng hạ tầng AI.