Алмазы и лазеры: управление температурным режимом чипов

Бриллианты, лазерыи нефть — это не первое, о чем вы можете подумать, обдумывая способы охлаждения чипов и компьютеров. Но поскольку современные конструкции микросхем упаковывают и укладывают все больше транзисторы во все более меньших пространствах тепло стало критической проблемой.

Чтобы решить ее, полупроводниковая промышленность бросает все в стену. Какие палочки позволят масштабировать не только ИИ центры обработки данных но и множество приложений в бытовая электроникасвязь и военная техника.

Как объяснил мне старший редактор Сэмюэл К. Мур между кусочками холодного сэндвича с языком в гастрономе на 2-й авеню, недалеко от IEEE Спектрофис, лучше управление температурным режимом необходим для узлов следующего поколения.

«Поскольку мы начинаем делать больше 3D-чипыпроблема с теплом становится намного хуже», — сказал Мур, освещавший полупроводники время от времени в течение четверти века.

Для специальный репортаж В этом выпуске Мур объединился с заместителем редактора Диной Генкиной, которая курирует наше освещение компьютерных технологий. Они поговорили с инженерами конференции IEEE нравиться ИДМ и Суперкомпьютеры о том, как технологи отводят тепло новыми и удивительными способами.

«Поскольку мы начинаем производить больше 3D-чипов, проблема с нагревом становится намного хуже». — Сэмюэл К. Мур

Первым шагом к решению инженерной задачи является ее точная характеристика. В “Вызовет ли жара нарушение закона Мура?» Джеймс Майерс из Имек в Кембридже, Англия, описывает, как транзисторы, которые поступят в коммерческое производство в 2030-х годах, будут иметь плотность мощности что повышает температуру на 9 °C. В дата-центрах, где горячие чипсы собраны миллионами, такое увеличение может привести к отключению оборудования или риску необратимого повреждения.

В “ИИ следующего поколения нуждается в жидкостном охлажденииГенкина знакомит читателей с четырьмя претендентами на то, чтобы победить эту жару с помощью жидкостей: холодные пластины с циркулирующей водно-гликолевой смесью, прикрепленной непосредственно к самым горячим чипам; версия этой технологии, в которой специализированный диэлектрик жидкость превращается в пар; макать целиком серверы в емкостях, заполненных диэлектрическим маслом; и проделываем то же самое в резервуарах с кипящей диэлектрической жидкостью.

Хотя жидкостное охлаждение работает хорошо, «это также дороже и создает дополнительные точки отказа», предупредил Мур. «Но когда вы потребляете киловатты и киловатты в таком маленьком пространстве, вы делаете то, что должны».

Какими бы ошеломляющими ни казались серверы в кипящем масле, две другие статьи этого выпуска посвящены еще более радикальным технологиям охлаждения. Один из них предполагает использование лазеров для охлаждения чипов. Техника, описанная Джейкобом Бальмой и Алехандро Родригесом из стартапа Maxwell Labs из Миннесоты.включает преобразование фононы (колебания кристаллической решетки, переносящие тепло) в фотоны, которые можно передать по трубке. Авторы утверждают, что их метод «может воздействовать на горячие точки по мере их формирования с лазерной точностью».

Между тем, Срабанти Чоудхури из Стэнфорда придерживается общего подхода к проблеме жары: пеленание транзисторов в поликристаллическую алмазную пленку. Технология ее команды развивалась удивительно быстро: температура роста алмазной пленки снизилась с 1000 °C до менее 400 °C, что сделало ее совместимой со стандартными технологиями. КМОП производство.

Ни одно из этих решений не является дешевым, поэтому будущее чипов будет не только дорогим, но и горячим. Это, вероятно, не беспокоит крупные компании, занимающиеся искусственным интеллектом, которые сидят на огромных кучках денег инвесторов. Как отметил Мур, доедая огурец: «Спрос ИИ на чипы в некотором роде безграничен, поэтому вам приходится делать то, о чем раньше даже не думали, и нести расходы.»