Технологічний прорив: у США придумали, як виробляти потужніші та "холодніші" чипи

Фізики придумали, як розв'язати проблему з перегрівом міді в електроніці, який знижує провідність і ефективність роботи.

Дослідники з Університету Вірджинії в США відкрили шлях до розробки більш продуктивних комп'ютерних чипів, навчившись керувати теплом. Вони опублікували статтю про це в журналі Nature Communications.

Вчені в партнерстві з розробником процесорів Intel здійснили значний прорив у підвищенні ефективності комп'ютерних чипів, підтвердивши ключовий принцип, який керує потоком тепла в тонких металевих плівках. Результати дослідження допоможуть створювати швидші, компактніші та енергоефективніші пристрої, ніж будь-коли раніше.

Як пояснив провідний дослідник та аспірант кафедри машинобудування та аерокосмічної техніки Рафікул Іслам, управління теплом стає надзвичайно важливим завданням, оскільки пристрої продовжують зменшуватися в розмірах. У сучасних ігрових консолях або центрах обробки даних зі штучним інтелектом постійна робота на високій потужності часто призводить до проблем із теплообміном.

"Наші висновки дають план пом'якшення цих проблем шляхом удосконалення способу проходження тепла через надтонкі метали, такі як мідь", — заявив учений.

Мідь широко використовується в техніці завдяки своїм чудовим провідним властивостям, але стикається зі значними проблемами при зменшенні розміру пристроїв. У масштабах нанометрів матеріал сильно нагрівається, що призводить до зниження провідності та ефективності.

Щоб усунути цей недолік, дослідники зосередилися на найважливішому елементі теплової науки, відомому, як "правило Маттіссена", яке вони перевірили на надтонких мідних плівках. Правило допомагає передбачити, як різні процеси розсіювання впливають на потік електронів, але досі його нікому не вдавалося підтвердити в нанорозмірних деталях.

Використовуючи новий метод, відомий як стаціонарне термовідображення (SSTR), команда виміряла теплопровідність міді та порівняла її з даними з електричного опору. Це пряме порівняння показало, що правило Маттіссена, застосоване з певними параметрами, надійно описує, як тепло переміщується через мідні плівки навіть при наномасштабній товщині.

Це дослідження може не тільки змусити пристрої працювати холодніше, а й скоротити кількість енергії, що втрачається на тепло — недолік для сучасних технологій. Підтвердивши, що правило Маттіссена виконується навіть у наномасштабах, група проклала шлях до вдосконалення матеріалів, які з'єднують схеми в сучасних комп'ютерних чипах, і встановила стандарт для виробників.

"Разом із підтвердженням цього правила у розробників мікросхем отримали надійне керівництво для прогнозування та контролю того, як поводитиметься тепло в крихітних мідних плівках. Це змінює правила гри для створення мікросхем, які відповідають вимогам до енергії та продуктивності майбутніх технологій", — каже професор Патрік Гопкінс.

Результати мають великий потенціал для просування технології КМОП (комплементарний метал-оксид-напівпровідник) наступного покоління, ключового компонента сучасної електроніки. КМОП є стандартною технологією, що лежить в основі інтегральних схем, які використовуються в пристроях від комп'ютерів і смартфонів до автомобілів і медичного обладнання.