Efektivní chlazení optických procesorů budoucnosti

  • Optoelektronické čipy budoucnosti budou vyžadovat pokročilejší chlazení
  • Vědci vyřešili problém zahřívání těchto čipů se současnými technologiemi
  • Efektivní chlazení umožní škálovat počet jader s výkonem

Vzhledem ke zvyšujícímu se počtu jader a prvků uvnitř čipů, které mezi sebou komunikují a přenáší data, začínáme narážet na omezení rychlosti přenosu těchto dat pomocí elektronů. Budoucností je tak samozřejmě optický přenos dat i uvnitř čipů, to ale přináší i řadu komplikací, které řeší ti nejchytřejší inženýři na světě.

Jedním z těchto problémů je zahřívání, které se vyskytuje u elektronických čipů a je problémem i u optických a optoelektronických čipů.

Světelné čipy s extrémní teplotou

V počítačích, mobilních telefonech a dalších zařízeních máme stále ještě klasické elektronické čipy. Většinou už se jedná o vícejádrové modely tvořené tranzistory o velikost pod 20 nanometrů. Vyměnit ale elektrony za fotony, které mohou posunout efektivitu i výkon čipů zase o řády výše, není zcela jednoduché. Protože rozměry klasických optických prvků nemohou být menší než jeden mikrometr, je nutné místo klasických vln používat SPP – Surface Plasmon Polaritons. Díky tomu je možné i v nanorozměrech využívat světlo pro šíření signálů, respektive informací a dat.

Podobně jako u elektronů, jsou ale SPP pohlcované kovem, hlavním materiálem pro plazmoniku, což kromě ztráty signálu znamená i lokální zvyšování teploty a postupné přehřátí třeba i celého čipu. Ztráty lze řešit zvýšením energie, tím se ale ještě více zvýší teplota.

Efektivní spojení s běžnými chladiči

Bez jakéhokoli chlazení takového čipu může jeho teplota velmi rychle vystoupat na hodnoty kolem stovek stupňů Celsia, což samozřejmě vede k poškození čipu. Vědci z laboratoře MIPT pro plazmoniku a nanooptiku ale našli řešení, které umožní takové optoelektrické čipy uchladit i při běžné pokojové teplotě.

Klepněte pro větší obrázek
Šíření teploty u optoelektronického čipu a chladiče

S použitím několika vrstev teplotně vodivých materiálů s tloušťkou v rámci nanometrů a mikrometrů, které jsou umístěné mezi čip a chladič, je možné s dostatečnou rychlostí přenést extrémně vysokou teplotu z velmi malé oblasti do plochy běžného velkého chladiče. Tímto způsobem je možné i při pokojové teplotě snížit teplotu čipu ze stovek stupňů Celsia na pouhých deset stupňů Celsia.

Okruhy chlazení přímo součástí čipů

IBM už v minulosti ukazovalo vývoj integrovaného chlazení, které je součástí samotné konstrukce čipů. Čip je tak protkaný nanokanálky, kterými proudí vodivá látka, které efektivně a rychle přenáší teplo na okraj čipu, kde už je připraven velký chladič nebo případný další systém pro chlazení.

Klepněte pro větší obrázek
Návrh chlazení 3D čipu od IBM

U dvourozměrných čipů je totiž možné chlazení řešit poměrně jednoduše a je nutné zajistit hlavně skvělý přenos tepla mezi povrchem čipu a povrchem chladiče. V případě trojrozměrných čipů ale nastává problém s přesunem tepla i ze středu čipu na jeho okraj nebo mimo samotný čip.

Lze tak očekávat, že s příchodem vícejádrových trojrozměrných optických čipů bude nutné vytvořit inovativní technologie z oblasti chlazení, které u současných čipů zatím ještě nejsou potřeba, ale pro budoucí zvyšování výkonu ve stylu Moorova zákona je to věc, bez které se neobejdeme.

24 komentářů

Nejnovější komentáře

  • shadow_warior 25. 1. 2016 6:54:04
    spotřeba bude asi taky zajímavá, několik stovek stupnů celsia neudělá 120w...
  • krakenax 23. 1. 2016 21:42:18
    Je to jen informační šum protože něž to někdo přivede do praxe bude něco...
  • dušan rajninec 23. 1. 2016 18:14:54
    Nie je toto už príprava na : zabudnite na dnešné ceny procesorov ! Ak je...

Určitě si přečtěte


Deset tipů, jak ovládnout Google: Vyhledávejte jako mistři

Deset tipů, jak ovládnout Google: Vyhledávejte jako mistři

** Vyhledávače jsou natolik dobré, že si poradí i s frází v běžné češtině ** Pokud to ale nebude stačit, můžete vyzkoušet pokročilé funkce ** Vybrali jsme ty nejzajímavější

Včera | Jakub Čížek | 12

Pojďme programovat elektroniku: Vyzkoušíme IR, ovládneme světýlko přes Bluetooth a vyšleme zprávu na sto metrů

Pojďme programovat elektroniku: Vyzkoušíme IR, ovládneme světýlko přes Bluetooth a vyšleme zprávu na sto metrů

** Budeme odposlouchávat IR ovladač klimatizace ** Vyrobíme laciný rádiový vysílač ** Vyzkoušíme komunikaci pomocí Bluetooth a v pásmu 433 MHz

21.  9.  2016 | Jakub Čížek | 19

Nejlepší programy pro střih videa na doma: 10 video editorů, ze kterých si vyberete

Nejlepší programy pro střih videa na doma: 10 video editorů, ze kterých si vyberete

** Adobe Premiere Pro ani Final Cut se pro běžné uživatele příliš nehodí ** Programy na domácí střih většinou stojí do dvou tisíc ** V desítce nejzajímavějších najdete i 3 videoeditory dostupné zdarma

19.  9.  2016 | Stanislav Janů | 37

Vymazat se z internetu není možné, velkou část osobního obsahu však odstranit můžete

Vymazat se z internetu není možné, velkou část osobního obsahu však odstranit můžete

** Online stopy i se svým jménem zanechá většina uživatelů internetu ** Jejich smazání nikdy nebude stoprocentní ** Poradíme, jak odstranit jejich větší část

20.  9.  2016 | Stanislav Janů | 22

Jak zastavit nechtěné programy na Windows? Koukněte na Plánovač úloh

Jak zastavit nechtěné programy na Windows? Koukněte na Plánovač úloh

** V systému se mohou periodicky spouštět nechtěné aplikace ** Anebo si vyberou tu nejméně vhodnou chvíli ** Prozkoumejte Plánovač úloh na Windows

23.  9.  2016 | Jakub Čížek | 124


Aktuální číslo časopisu Computer

Srovnání výhodných 27" monitorů

Velký test levných rychlých routerů

Jak nastavit Android, aby vás nesledoval

45 podrobných testů a recenzí