Технологический прорыв: в США придумали, как производить более мощные и "холодные" чипы

Исследователи из Университета Вирджинии в США открыли путь к разработке более производительных компьютерных чипов, научившись управлять теплом. Они опубликовали статью об этом в журнале Nature Communications.

Ученые в партнерстве с разработчиком процессоров Intel совершили значительный прорыв в повышении эффективности компьютерных чипов, подтвердив ключевой принцип, который управляет потоком тепла в тонких металлических пленках. Результаты исследования помогут создавать более быстрые, более компактные и энергоэффективные устройства, чем когда-либо прежде.

Как объяснил ведущий исследователь и аспирант кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Рафикул Ислам, управление теплом становится чрезвычайно важной задаче, поскольку устройства продолжают уменьшаться в размерах. В современных игровых консолях или центрах обработки данных с искусственным интеллектом постоянная работа на высокой мощности часто приводит к проблемам с теплообменом.

"Наши выводы дают план смягчения этих проблем путем усовершенствования способа прохождения тепла через сверхтонкие металлы, такие как медь", — заявил ученый.

Медь широко используется в технике благодаря своим превосходным проводящим свойствам, но сталкивается со значительными проблемами при уменьшении размера устройств. В масштабах нанометров материал сильно нагревается, что приводит к снижению проводимости и эффективности.

Чтобы устранить этот недостаток, исследователи сосредоточилась на важнейшем элементе тепловой науки, известном, как "правило Маттиссена", которое они проверили на сверхтонких медных пленках. Правило помогает предсказать, как различные процессы рассеяния влияют на поток электронов, но до сих пор его никому не удавалось подтвердить в наноразмерных деталях.

Используя новый метод, известный как стационарное термоотражение (SSTR), команда измерила теплопроводность меди и сравнила ее с данными по электрическому сопротивлению. Это прямое сравнение показало, что правило Маттиссена, применяемое с определенными параметрами, надежно описывает, как тепло перемещается через медные пленки даже при наномасштабной толщине.

Это исследование может не только заставить устройства работать холоднее, но и сократить количество энергии, теряемой на тепло — недостаток для современных технологий. Подтвердив, что правило Маттиссена выполняется даже в наномасштабах, группа проложила путь к совершенствованию материалов, которые соединяют схемы в современных компьютерных чипах, и установила стандарт для производителей.

"Вместе с подтверждением этого правила у разработчиков микросхем получили надежное руководство для прогнозирования и контроля того, как будет вести себя тепло в крошечных медных пленках. Это меняет правила игры для создания микросхем, которые соответствуют требованиям к энергии и производительности будущих технологий", — говорит профессор Патрик Хопкинс.

Результаты имеют большой потенциал для продвижения технологии КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник) следующего поколения, ключевого компонента современной электроники. КМОП является стандартной технологией, лежащей в основе интегральных схем, используемых в устройствах от компьютеров и смартфонов до автомобилей и медицинского оборудования.

Ранее писали о квантовом чипе Willow от Google, который опередил лучшие суперкомпьютеры мира. Во время теста Random Circuit Sampling (RCS) он менее чем за пять минут выполнил задачу, на решение которой передовому компьютеру Frontier потребовалось бы около 10 септиллионов лет.