Чипы будущего примеряют бриллианты — новым стандартом охлаждения станут синтетические алмазы

Старая шутка о любви девушек к бриллиантам сегодня звучит иначе. Лучшими друзьями алмазов становятся компьютерные чипы. У этого материала — одна из наивысших в мире теплопроводностей, в несколько раз превосходящая показатель у чистой меди. С ростом вычислительной мощности процессоров и ускорителей растёт и тепловыделение, и теперь именно алмаз способен частично решить проблему перегрева, став идеальным радиатором будущего.

Пять причин полюбить HONOR Magic7 Pro

Фитнес-браслет HUAWEI Band 10: настоящий металл

Обзор умных часов HUAWEI WATCH 5: часы юбилейные

Hollow Knight: Silksong — песнь страданий и радостей. Рецензия

Пять причин полюбить HONOR Pad V9

HUAWEI FreeArc: вероятно, самые удобные TWS-наушники

Пять причин полюбить HONOR X8c

Почему ИИ никак не сесть на безматричную диету

Источник изображения: Diamond Foundry

Современные микросхемы содержат сотни миллиардов транзисторов, и значительная часть энергии в них теряется на утечки тока. Это вызывает перегрев, снижает эффективность и сокращает срок службы устройств. В дата-центрах проблема становится особенно острой — охлаждение требует всё больше энергии и денег. Без радикально новых решений энергопотребление ИТ-инфраструктуры рискует выйти из-под контроля, поэтому поиск альтернативных материалов для отвода тепла стал одной из главных задач индустрии. И здесь синтетические алмазы выглядят особенно перспективно.

Высокая теплопроводность алмаза обусловлена его кристаллической структурой: каждый атом углерода связан с четырьмя соседями, что обеспечивает эффективную передачу тепловых колебаний — квазичастиц фононов — во всех направлениях. Уже сегодня алмазные теплоотводы применяются в космической электронике и других областях, где критична надёжность, а в ближайшие годы подобные технологии могут появиться и в потребительских устройствах — от ПК до смартфонов.

Одна из ведущих компаний, работающих в этом направлении, — Diamond Foundry из Южного Сан-Франциско. Она производит сверхтонкие монокристаллические алмазные плёнки, которые наносятся на кремниевые пластины. Синтетические алмазы выращиваются методом CVD — химического осаждения из углеродной плазмы — с последующей полировкой до идеальной кристаллической структуры. Готовые диски диаметром до 10 см шлифуются до атомарной толщины, что позволяет им максимально плотно прилегать к поверхности кристалла и эффективно отводить тепло от горячих зон чипа.

Такое решение повышает производительность и долговечность микросхем без необходимости в массивных системах охлаждения, хотя стоимость остаётся высокой из-за сложности производства. Параллельно ведутся разработки гибридных решений — например, алмазно-медных радиаторов, представленных в этом году компанией Element Six (входит в группу De Beers). Подобные конструкции уже используются в телекоммуникациях и аэрокосмической технике, а теперь выходят и на рынок вычислительных систем, о чём мы в своё время рассказывали.

Источник изображения: Element Six

Впрочем, создание атомарно тонких плёнок из синтетического алмаза остаётся нетривиальной и весьма затратной задачей. Поэтому учёные Стэнфордского университета, например, заняты поиском технологии по созданию «толстых» алмазных слоёв на чипах иными методами. Вырастить многоуровневый слой алмазов легче, чем напылить. К тому же, в чипе можно создавать несколько таких уровней, перемежая ими рабочие слои с транзисторами. Но остаётся проблема — такие «поликристаллические» алмазы хорошо проводят тепло вверх и вниз, тогда как в стороны, а для чипов большой площади — это главное, тепло распространяется хуже. Но работа идёт, и результат будет. Нам просто некуда деваться: или остановить прогресс в развитии вычислительной техники, или работать исключительно на нужды ИИ.

Источник