Chipy chłodzące, przyszłość lekkich urządzeń komputerowych
Jednym z głównych czynników ograniczających rozwój chipów o dużej mocy obliczeniowej jest ich zdolność do odprowadzania ciepła. Problem odprowadzania ciepła z wiórów zawsze nękał tę branżę. Chip wielkości główki paznokcia jest w rzeczywistości źródłem ciepła o mocy 300 W, ale w rzeczywistości chip jest już piekący, gdy jego zużycie energii jest znacznie mniejsze. Miniaturyzacja i duża integracja chipów może prowadzić do znacznego wzrostu lokalnej gęstości strumienia ciepła. Poprawa mocy obliczeniowej i szybkości powoduje ogromne zużycie energii i wytwarzanie ciepła.
Raport opublikowany przez TSMC pokazuje, że w przyszłości niektóre „duże chipy” o powierzchni większej niż 500 milimetrów kwadratowych mogą mieć docelowy projektowy pobór mocy na poziomie ponad 2000 watów. Pomimo ciągłego zmniejszania rozmiaru procesu chipowania, gęstość mocy stale rośnie . Gdy proces półprzewodnikowy wejdzie w fazę 2 nm, liczba tranzystorów i moc obliczeniowa chipa w naturalny sposób znacznie wzrosną. Szybki wzrost mocy obliczeniowej sztucznej inteligencji będzie w dalszym ciągu stwarzał poważne wyzwania dla chłodzenia i chłodzenia chipów o ultrawysokiej mocy. Obecnie cały przemysł chipów elektroniki użytkowej faktycznie wszedł w błędne koło „znacznie zwiększonej wydajności i gwałtownie rosnącego zużycia energii”, wykazując trend „wymiany zużycia energii na wydajność”.
Niedawno firma Frore Systems, innowacyjne rozwiązanie chłodzenia półprzewodnikowego oparte na piezoelektrycznych MEMS, ogłosiła, że laptopy wyposażone w aktywny układ chłodzący MEMS (AirJet) zostaną wprowadzone na rynek na początku 2023 roku, zapewniając lepszą wydajność chłodzenia niż tradycyjne wentylatory, a jednocześnie redukując hałas. Układ chłodzący AirJet to rozwiązanie problemu chłodzenia, który ogranicza wydajność procesora we współczesnych laptopach. Jest to tak zwane „rozwiązanie chłodzenia półprzewodnikowego”, które całkowicie rezygnuje z tradycyjnych metod chłodzenia wentylatorem.
Ponadto Huawei i Harbin Institute of Technology wspólnie złożyły wniosek o patent o nazwie „Diamentowy chip”. Jest to wydajny chip rozpraszający ciepło wykonany z materiałów diamentowych, który może rozwiązać problem ogrzewania wysokowydajnych chipów i otworzyć nową ścieżkę poprawy wydajności chipa. Diament to kryształ złożony z pierwiastków węglowych, o doskonałych właściwościach fizycznych i chemicznych. Diament, jako naturalny minerał, ma doskonałą przewodność cieplną. Zastosowanie diamentu do rozpraszania ciepła w chipach elektronicznych może znacznie poprawić ich skuteczność rozpraszania ciepła. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami skutecznie łagodzi problemy spowodowane długotrwałą pracą zrębków w wysokiej temperaturze.
Chociaż w niektórych zastosowaniach można zastosować unikalne rozwiązania, większość rynków musi znaleźć sposoby, aby osiągnąć więcej przy mniejszych zasobach, co oznacza większą funkcjonalność na wat. Koszt z tym związany jest znacznie wyższy niż w przypadku poprzednich rozwiązań.
