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
Efektivní chlazení optických procesorů budoucnosti

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.

Diskuze (24) Další článek: Zprávy Živě: Nejpoužívanější hesla roku. Hrozný pohled

Témata článku: Technologie, Hardware, Budoucnost, Superpočítače, Efektivní chlazení, Surface surface, Optický přenos, Současný čip, Lokální zákon, Skvělý inženýr, Velký chladič, Efektivní spojení, Skvělá efektivita, Optický čip, Elektron, Proces, Elektronický čip, Vodivý materiál, Světelná vlna, Chlazení, Extrémní teplo


Určitě si přečtěte

Elon Musk už není nejbohatší na světě. Během jediného dne přišel o 324 miliard korun
Karel Kilián
Jeff BezosTesla MotorsElon Musk
Bankovní identita bude jednotná. K České spořitelně, ČSOB a KB se připojí menší banky
Lukáš Václavík
Portál občanaBankaeGovernment
Volitelná aktualizace Windows 10 opravila několik chyb, způsobila ale další problémy
Karel Kilián
Windows UpdateAktualizaceWindows 10
Technici nestíhají. Cetin dočasně přerušil zavádění VDSL bondingu
Lukáš Václavík
CETINPřipojení k internetu
Nejlepší notebooky do 20 000 Kč. Tipy, co se dnes vyplatí koupit

Nejlepší notebooky do 20 000 Kč. Tipy, co se dnes vyplatí koupit

** S cenou do 20 tisíc lze vybrat solidní notebook na práci i hry ** Přenosné notebooky nabídnou i kovová těla a rychlý hardware ** Možná největší problém je nedostupnost, nejžádanější kusy jsou vyprodané

David Polesný | 36

David Polesný
VánoceNotebooky
Vybíráme nejlepší monitory: Od úplně levných až po displeje na rozmazlování očí

Vybíráme nejlepší monitory: Od úplně levných až po displeje na rozmazlování očí

** Vybrali jsme nejlepší monitory na práci i pořádné hraní ** Nejlevnější monitor s kvalitním panelem nestojí ani tři tisíce ** Rozlišení 4K a větší obrazovka už není nedostupný luxus

David Polesný | 31

David Polesný
Monitory
Fedora 33 prostě funguje. Linux si zaslouží dobýt laptop, je to ale asi opět marné

Fedora 33 prostě funguje. Linux si zaslouží dobýt laptop, je to ale asi opět marné

** Desktopový Linux funguje a vypadá stále lépe ** Fedora 33 není výjimkou ** Ve stínu Windows a macOS tu vyrostly skvělé alternativy

Jakub Čížek | 167

Jakub Čížek
FedoraOperační systémyLinux

Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest rychlých Wi-Fi 6 routerů

Jak ztišit počítač

Velký test mATX skříní