Охлаждающие чипы, будущее легких вычислительных устройств
Одним из основных факторов, ограничивающих разработку чипов высокой вычислительной мощности, является их способность рассеивать тепло. Проблема рассеивания тепла чипами всегда беспокоила отрасль. Чип размером со шляпку гвоздя на самом деле представляет собой источник тепла мощностью 300 Вт, но на самом деле чип уже очень горячий, когда его энергопотребление намного ниже этого значения. Миниатюризация и высокая интеграция чипов могут привести к значительному увеличению локальной плотности теплового потока. Улучшение вычислительной мощности и скорости приводит к огромному энергопотреблению и выделению тепла.
Отчет, опубликованный TSMC, показывает, что в будущем некоторые «большие чипы» площадью более 500 квадратных миллиметров могут иметь целевую расчетную потребляемую мощность более 2000 Вт. Несмотря на постоянное сокращение размера процесса чипа, плотность мощности постоянно увеличивается. . Как только полупроводниковый процесс перейдет на 2 нм, количество транзисторов и вычислительная мощность чипа, естественно, значительно возрастут. Быстрый рост вычислительной мощности искусственного интеллекта будет по-прежнему создавать серьезные проблемы для охлаждения и охлаждения чипов сверхвысокой мощности. В настоящее время вся индустрия микросхем бытовой электроники фактически вошла в порочный круг «значительного повышения производительности и быстрого роста энергопотребления», демонстрируя тенденцию «обмена энергопотребления на производительность».
Недавно компания Frore Systems, инновационное решение твердотельного охлаждения на основе пьезоэлектрических MEMS, объявила, что в начале 2023 года будут выпущены ноутбуки, оснащенные микросхемой активного охлаждения MEMS (AirJet), обеспечивающей лучшую эффективность охлаждения, чем традиционные вентиляторы, при этом снижая уровень шума. Охлаждающий чип AirJet — это решение проблемы охлаждения, которая ограничивает производительность процессора в современных ноутбуках. Это так называемое «твердотельное решение для охлаждения», которое полностью отказывается от традиционных методов вентиляторного охлаждения.
Кроме того, компания Huawei и Харбинский технологический институт подали совместную заявку на патент под названием «Diamond Chip». Это чип с эффективным рассеиванием тепла, изготовленный из алмазных материалов, который может решить проблему нагрева высокопроизводительных чипов и открыть новый путь для улучшения производительности чипов. Алмаз — это кристалл, состоящий из углеродных элементов, с превосходными физическими и химическими свойствами. Алмаз, как природный минерал, обладает превосходной теплопроводностью. Применение алмаза для отвода тепла электронных чипов может значительно повысить эффективность их отвода тепла. По сравнению с традиционными материалами он эффективно устраняет проблемы, вызванные длительной работой чипов при высоких температурах.
Хотя в некоторых приложениях можно использовать уникальные решения, большинство рынков должны найти способы добиться большего с меньшими ресурсами, что означает наличие большей функциональности на ватт. Стоимость, связанная с этим, намного выше, чем предыдущие решения.
