Разработан инновационный метод охлаждения чипов с помощью лазеров

Чтобы реализовать это на практике, полупроводники GaAs структурированы в виде тонких компонентов, размещённых непосредственно на процессорах в местах с высокой температурой. Микроскопические структуры внутри полупроводника направляют когерентные лучи точно в эти «горячие точки», что приводит к локальному охлаждению, которое обеспечивает эффективность за счёт непосредственного управления теплом именно там, где оно становится проблемой, вместо того, чтобы пытаться использовать GaAs и лазеры для охлаждения всей системы. Этот метод уходит корнями в более ранние исследования: в 2012 году в Копенгагенском университете с помощью аналогичного метода они охладили крошечную мембрану до -269 °C, согласно отчёту.

Кроме того, этот метод обладает уникальной способностью: он может возвращать энергию, отводимую в виде тепла, согласно закону Максвелла. Вместо того чтобы рассеиваться в окружающей среде, тепловая энергия, отводимая от микросхем, может быть преобразована в полезные фотоны, которые можно преобразовать обратно в электрическую энергию. Хотя это, безусловно, повышает общую энергоэффективность вычислительных систем, эффективность этого процесса ещё предстоит выяснить.

Хотя использование полупроводников GaAs для охлаждения, безусловно, является инновацией, оно сопряжено с серьёзными трудностями как с точки зрения стоимости, так и с точки зрения технологичности.

Во-первых, для производства сверхчистых пластин GaAs требуются сложные и энергозатратные методы, такие как молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE) или металлоорганическое химическое осаждение из газовой фазы (MOCVD). Поскольку мы имеем дело со сверхчистыми кристаллическими слоями, количество дефектов может быть высоким, что влияет на стоимость. На данный момент пластина GaAs диаметром 200 мм может стоить около 5000 долларов, в то время как пластина кремния такого же размера может стоить всего 5 долларов.

Транзисторы GaAs не могут быть легко интегрированы в традиционные микросхемы на основе кремния на одной пластине. Однако, если кто-то хочет использовать транзисторы GaAs для охлаждения традиционных микросхем (или, скорее, чипов), он может использовать гетерогенную трёхмерную интеграцию или склеивание пластин, которые являются хорошо известными методами для систем, использующих кремниевую фотонику. Хотя эти методы довольно дорогие, они не так затратны, как пластины GaAs сами по себе.

В настоящее время концепция находится на стадии эксперимента и моделирования. По словам генерального директора Maxwell Labs Джейкоба Балмы, моделирование показывает, что метод является многообещающим, но он никогда не проверялся в реальных условиях, поскольку до сих пор тестирование ограничивалось отдельными компонентами, а не полной установкой.

Что касается полной настройки, то Maxwell Labs рассчитывает завершить работу над функционирующим прототипом к осени 2025 года. Интересно, что Maxwell уже нашла первых пользователей своей первой версии под названием MXL-Gen1 и планирует поставлять первые системы в течение следующих двух лет. Более широкий доступ планируется обеспечить к концу 2027 года, если разработка будет идти по плану.