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.

Témata článku: Hardware, Technologie, Budoucnost, Superpočítače, Chlazení, Elektron

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

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

** Gary Kildall pochopil, že levné výpočetní čipy mohou posloužit jako univerzální počítače pro všechny ** Připravil pro ně proto první operační systém ** Později mu systém vyfoukl Microsoft a nazval ho MS DOS

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 51

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

** Už je to tady, lidé přestávají chápat počítače ** Systémy neuronových sítí začínají pracovat tak, že ani jejich tvůrci přesně neví, co se uvnitř děje ** Do budoucna to může být závažný problém

24.  4.  2017 | Jakub Čížek | 110

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

** Slavný osmibitový počítač Sinclair ZX Spectrum byl uveden právě před 35 lety ** Připomeňte si tento průkopnický počítač v tematických článcích ** Podívejte se, jak funguje dnes

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 13

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

** David si nedokáže představit práci bez dvou a více monitorů ** Kubovi naopak stačí jeden a ve více displejích se ztrácí ** Jaký přístup je lepší?

23.  4.  2017 | Jakub Čížek | 59

Český Google Překladač začal používat umělou inteligenci. Konec „drahoušků zákazníků“

Český Google Překladač začal používat umělou inteligenci. Konec „drahoušků zákazníků“

** Google ve svém překladači roky používal statistickou technologii ** Nyní zavádí strojové učení a neuronové sítě ** Rozdíl by měl být zvláště na větších textech patrný už nyní

20.  4.  2017 | Jakub Čížek | 31

Brno otevřelo největší českou dílnu pro bastlíře. Kladívka, vrtačky, 3D tiskárny, laserové řezačky. Je tu vše

Brno otevřelo největší českou dílnu pro bastlíře. Kladívka, vrtačky, 3D tiskárny, laserové řezačky. Je tu vše

** Máte nápad, ale chybí vám stroje a pořádná dílna? ** Chcete postavit ptačí budku, nebo krabičku pro Arduino? ** Brno otevřelo svůj FabLab – laboratoř pro bastlíře

19.  4.  2017 | Jakub Čížek | 31


Aktuální číslo časopisu Computer

První test AMD Ryzen

Velké testy: 22 powerbank a 8 bezdrátových setů

Radíme s koupí Wi-Fi routeru

Co dokáží inteligentní domy?