Chladiace čipy, budúcnosť ľahkých výpočtových zariadení
Jedným z hlavných faktorov obmedzujúcich vývoj čipov s vysokým výpočtovým výkonom je ich schopnosť odvádzať teplo. Problém odvodu tepla čipov vždy sužoval priemysel. Čip veľkosti nechtovej čiapočky je v skutočnosti 300 wattový zdroj tepla, ale v skutočnosti je čip horiaci už vtedy, keď je hlboko pod touto spotrebou energie. Miniaturizácia a vysoká integrácia čipov môže viesť k výraznému zvýšeniu lokálnej hustoty tepelného toku. Zlepšenie výpočtového výkonu a rýchlosti prináša obrovskú spotrebu energie a tvorbu tepla.
Správa vydaná spoločnosťou TSMC ukazuje, že v budúcnosti môžu mať niektoré „veľké čipy“ s plochou väčšou ako 500 štvorcových milimetrov cieľovú spotrebu energie viac ako 2 000 wattov. Napriek neustálemu znižovaniu veľkosti procesu čipu sa hustota výkonu neustále zvyšuje. . Akonáhle polovodičový proces vstúpi do 2nm, počet tranzistorov a výpočtový výkon čipu sa prirodzene výrazne zvýši. Rýchly nárast výpočtového výkonu AI bude naďalej predstavovať významné výzvy pre chladenie a chladenie čipov s ultra vysokým výkonom. V súčasnosti sa celý priemysel čipov spotrebnej elektroniky skutočne dostal do začarovaného kruhu „výrazne zlepšeného výkonu a rýchlo rastúcej spotreby energie“, ktorý ukazuje trend „výmeny spotreby energie za výkon“.
Nedávno Frore Systems, inovatívne polovodičové chladiace riešenie založené na piezoelektrickom MEMS, oznámilo, že začiatkom roka 2023 budú uvedené na trh notebooky vybavené jeho riešením aktívneho chladenia MEMS (AirJet), ktoré poskytuje lepší chladiaci výkon ako tradičné ventilátory a zároveň znižuje hluk. Chladiaci čip AirJet je riešením problému s chladením, ktoré obmedzuje výkon procesora v dnešných notebookoch. Ide o takzvané „pevné chladiace riešenie“, ktoré úplne opúšťa tradičné spôsoby chladenia ventilátorom.
Huawei a Harbinský technologický inštitút navyše spoločne požiadali o patent s názvom „Diamantový čip“. Ide o čip s účinným odvodom tepla vyrobený z diamantových materiálov, ktorý dokáže vyriešiť problém zahrievania vysokovýkonných čipov a otvára novú cestu pre zlepšenie výkonu čipu. Diamant je kryštál zložený z uhlíkových prvkov s vynikajúcimi fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Diamant, ako prírodný minerál, má vynikajúcu tepelnú vodivosť. Aplikáciou diamantu na odvod tepla elektronických čipov sa môže výrazne zlepšiť ich účinnosť odvádzania tepla. V porovnaní s tradičnými materiálmi efektívne zmierňuje problémy spôsobené dlhodobou vysokoteplotnou prevádzkou triesok.
Hoci v niektorých aplikáciách možno použiť jedinečné riešenia, väčšina trhov musí nájsť spôsoby, ako urobiť viac s menšími zdrojmi, čo znamená mať viac funkcií na watt. Náklady s tým spojené sú oveľa vyššie ako predchádzajúce riešenia.
