Chladicí čipy, budoucnost lehkých výpočetních zařízení

Jedním z hlavních faktorů omezujících vývoj čipů s vysokým výpočetním výkonem je jejich schopnost odvádět teplo. Problém odvodu tepla čipů vždy sužoval průmysl. Čip o velikosti čepičky na nehty je ve skutečnosti 300 wattový zdroj tepla, ale ve skutečnosti je čip žhavý, když je hluboko pod touto spotřebou. Miniaturizace a vysoká integrace čipů může vést k výraznému zvýšení místní hustoty tepelného toku. Zlepšení výpočetního výkonu a rychlosti přináší obrovskou spotřebu energie a tvorbu tepla.

Zpráva zveřejněná společností TSMC ukazuje, že v budoucnu mohou mít některé „velké čipy“ s plochou větší než 500 čtverečních milimetrů cílovou spotřebu energie přes 2000 wattů. Navzdory neustálému snižování velikosti procesu čipu se hustota výkonu neustále zvyšuje. . Jakmile polovodičový proces vstoupí do 2nm, počet tranzistorů a výpočetní výkon čipu přirozeně výrazně vzroste. Rychlý nárůst výpočetního výkonu AI bude i nadále představovat významné výzvy pro chlazení a chlazení čipů s ultra vysokým výkonem. V současnosti se celý průmysl čipů spotřební elektroniky skutečně dostal do začarovaného kruhu „výrazně zlepšeného výkonu a rychle rostoucí spotřeby energie“, což ukazuje trend „výměny spotřeby energie za výkon“.

Nedávno společnost Frore Systems, inovativní polovodičové řešení chlazení založené na piezoelektrickém MEMS, oznámilo, že začátkem roku 2023 budou uvedeny na trh notebooky vybavené jeho řešením aktivního chlazení MEMS (AirJet), které bude poskytovat lepší chladicí výkon než tradiční ventilátory a zároveň snížit hluk. Chladicí čip AirJet je řešením problému s chlazením, který omezuje výkon procesoru v dnešních laptopech. Jde o tzv. „solid-state chladicí řešení“, které zcela opouští tradiční způsoby chlazení ventilátorem.

Huawei a Harbin Institute of Technology navíc společně požádaly o patent s názvem „Diamantový čip“. Jedná se o čip s účinným odvodem tepla vyrobený z diamantových materiálů, který dokáže vyřešit problém zahřívání vysoce výkonných čipů a otevřít novou cestu pro zlepšení výkonu čipu. Diamant je krystal složený z uhlíkových prvků s vynikajícími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Diamant jako přírodní minerál má vynikající tepelnou vodivost. Použití diamantu na odvod tepla elektronických čipů může výrazně zlepšit jejich účinnost odvádění tepla. Ve srovnání s tradičními materiály účinně zmírňuje problémy způsobené dlouhodobým vysokoteplotním provozem třísek.

Ačkoli lze v některých aplikacích použít jedinečná řešení, většina trhů musí najít způsoby, jak toho udělat více s menšími zdroji, což znamená mít více funkcí na watt. Náklady s tím spojené jsou mnohem vyšší než u předchozích řešení.