Охлаждащи чипове, бъдещето на леките изчислителни устройства
Един от основните фактори, ограничаващи развитието на чипове с висока изчислителна мощност, е тяхната способност за разсейване на топлината. Проблемът с разсейването на топлината на чипа винаги е измъчвал индустрията. Чип с размер на капачка на пирон всъщност е източник на топлина от 300 вата, но в действителност чипът вече е горещо, когато е далеч под тази консумация на енергия. Миниатюризацията и високата интеграция на чиповете могат да доведат до значително увеличаване на локалната плътност на топлинния поток. Подобряването на изчислителната мощност и скорост води до огромна консумация на енергия и генериране на топлина.
Доклад, публикуван от TSMC, показва, че в бъдеще някои „големи чипове“ с площ, по-голяма от 500 квадратни милиметра, може да имат целева проектна консумация на енергия от над 2000 вата. Въпреки непрекъснатото намаляване на размера на процеса на чип, плътността на мощността непрекъснато се увеличава . След като полупроводниковият процес навлезе в 2nm, броят на транзисторите и изчислителната мощност на чипа естествено ще се увеличат значително. Бързото нарастване на изчислителната мощност на AI ще продължи да създава значителни предизвикателства пред охлаждането и охлаждането на чиповете с ултрависока мощност. В момента цялата индустрия за чипове за потребителска електроника всъщност е навлязла в порочен кръг на „значително подобрена производителност и бързо нарастваща консумация на енергия“, показвайки тенденция на „размяна на консумация на енергия срещу производителност“.
Наскоро Frore Systems, иновативно решение за охлаждане в твърдо състояние, базирано на пиезоелектричен MEMS, обяви, че лаптопи, оборудвани с неговото решение MEMS за активно охлаждане (AirJet), ще бъдат пуснати в началото на 2023 г., осигурявайки по-добро охлаждане от традиционните вентилатори, като същевременно намаляват шума. Охлаждащият чип AirJet е решение на проблема с охлаждането, който ограничава производителността на процесора в днешните лаптопи. Това е така нареченото „решение за охлаждане в твърдо състояние“, което напълно изоставя традиционните методи за охлаждане с вентилатор.
Освен това Huawei и Технологичният институт в Харбин са кандидатствали съвместно за патент, наречен „Диамантен чип“. Това е ефективен чип за разсейване на топлината, изработен от диамантени материали, който може да реши проблема с нагряването на високопроизводителните чипове и да отвори нов път за подобряване на производителността на чипа. Диамантът е кристал, съставен от въглеродни елементи, с отлични физични и химични свойства. Диамантът, като естествен минерал, има отлична топлопроводимост. Прилагането на диамант за разсейване на топлината на електронни чипове може значително да подобри тяхната ефективност на разсейване на топлината. В сравнение с традиционните материали, той ефективно облекчава проблемите, причинени от дългосрочната работа на чиповете при висока температура.
Въпреки че в някои приложения могат да се използват уникални решения, повечето пазари трябва да намерят начини да правят повече с по-малко ресурси, което означава повече функционалност на ват. Разходите, свързани с това, са много по-високи от предишните решения.
