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.

107001_web.jpg
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.

080606152512_1_900x600.jpg
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.

Článek patří do rubrik: Hardware, Technologie, Budoucnost, Superpočítače

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


9 internetových příspěvků, které patří k legendám: jak se oznamovaly velké věci 30 let před Facebookem

9 internetových příspěvků, které patří k legendám: jak se oznamovaly velké věci 30 let před Facebookem

** Internet, fóra a komunita tu byly dávno před příchodem WWW ** Takto legendy oznamovaly své novinky ** Takto se tehdy svět dozvídal o Windows

25.  8.  2016 | Jakub Čížek | 17

Pojďme programovat elektroniku: Vyzkoušíme ultrazvukový dálkoměr, detektor pohybu, deště a další kouzla

Pojďme programovat elektroniku: Vyzkoušíme ultrazvukový dálkoměr, detektor pohybu, deště a další kouzla

** Vyzkoušíme si senzory na pokročilých sběrnicích ** Budeme ultrazvukem měřit vzdálenost ** Detekujeme déšť i pohyb

28.  8.  2016 | Jakub Čížek | 22

Seznam spustil Porno Detektor. Pokouší se poznat holé zadky i opravdové čuňárny

Seznam spustil Porno Detektor. Pokouší se poznat holé zadky i opravdové čuňárny

** Seznam.cz testuje nový algoritmus, který odhaluje pornografické obrázky ** Rozhodování, co je a co není za hranou, není jednoznačné ** Do budoucna může technologie pomoci při filtraci obsahu ve vyhledávači

25.  8.  2016 | Jakub Čížek | 25


Aktuální číslo časopisu Computer

Testy nejnovějších produktů na českém trhu.

Informace ze světa internetu i bezpečnosti.

Plné verze programů zdarma pro všechny čtenáře.