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.
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.
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.
