رقائق التبريد، مستقبل أجهزة الحوسبة خفيفة الوزن

أحد العوامل الرئيسية التي تقيد تطوير رقائق الطاقة الحاسوبية العالية هو قدرتها على تبديد الحرارة. لطالما ابتليت مسألة تبديد حرارة الرقائق بالصناعة. إن شريحة بحجم غطاء الظفر هي في الواقع مصدر حرارة بقدرة 300 واط، ولكن في الواقع، تكون الشريحة ساخنة بالفعل عندما تكون أقل بكثير من استهلاك الطاقة هذا. يمكن أن يؤدي التصغير والتكامل العالي للرقائق إلى زيادة كبيرة في كثافة تدفق الحرارة المحلية. يؤدي تحسين قوة الحوسبة وسرعتها إلى استهلاك كبير للطاقة وتوليد الحرارة.

يوضح تقرير صادر عن TSMC أنه في المستقبل، قد يكون لبعض "الرقائق الكبيرة" التي تزيد مساحتها عن 500 ملليمتر مربع استهلاك طاقة تصميمي مستهدف يزيد عن 2000 واط. وعلى الرغم من التخفيض المستمر في حجم معالجة الرقاقة، فإن كثافة الطاقة تتزايد باستمرار . وبمجرد دخول عملية أشباه الموصلات إلى 2 نانومتر، فإن عدد الترانزستورات والقدرة الحاسوبية للرقاقة سيزداد بشكل طبيعي بشكل ملحوظ. ستستمر الزيادة السريعة في قوة حوسبة الذكاء الاصطناعي في فرض تحديات كبيرة على تبريد وتبريد الرقائق فائقة الطاقة. في الوقت الحاضر، دخلت صناعة شرائح الإلكترونيات الاستهلاكية بأكملها بالفعل في حلقة مفرغة من "الأداء المحسن بشكل كبير والارتفاع السريع في استهلاك الطاقة"، مما يدل على اتجاه "استبدال استهلاك الطاقة بالأداء".

في الآونة الأخيرة، أعلنت شركة Frore Systems، وهي حل تبريد مبتكر بالحالة الصلبة يعتمد على MEMS الكهرضغطية، أن أجهزة الكمبيوتر المحمولة المجهزة بحل شريحة التبريد النشطة MEMS (AirJet) سيتم إطلاقها في أوائل عام 2023، مما يوفر أداء تبريد أفضل من المراوح التقليدية مع تقليل الضوضاء. تعد شريحة التبريد AirJet حلاً لمشكلة التبريد التي تحد من أداء وحدة المعالجة المركزية في أجهزة الكمبيوتر المحمولة اليوم. إنه ما يسمى بـ "حل تبريد الحالة الصلبة" الذي يتخلى تمامًا عن طرق تبريد المروحة التقليدية.

بالإضافة إلى ذلك، تقدمت هواوي ومعهد هاربين للتكنولوجيا بشكل مشترك بطلب للحصول على براءة اختراع تسمى "Diamond Chip". هذه شريحة فعالة لتبديد الحرارة مصنوعة من مواد ماسية، والتي يمكنها حل مشكلة تسخين الرقائق عالية الأداء وفتح مسار جديد لتحسين أداء الرقاقة. الماس عبارة عن بلورة مكونة من عناصر الكربون، مع خصائص فيزيائية وكيميائية ممتازة. يتمتع الماس، باعتباره معدنًا طبيعيًا، بموصلية حرارية ممتازة. إن استخدام الماس لتبديد حرارة الرقائق الإلكترونية يمكن أن يحسن بشكل كبير من كفاءة تبديد الحرارة. بالمقارنة مع المواد التقليدية، فهو يخفف بشكل فعال من المشاكل الناجمة عن التشغيل طويل الأمد لدرجة الحرارة العالية للرقائق.

على الرغم من أنه يمكن استخدام حلول فريدة في بعض التطبيقات، إلا أن معظم الأسواق يجب أن تجد طرقًا لإنجاز المزيد بموارد أقل، مما يعني الحصول على المزيد من الوظائف لكل واط. التكلفة المرتبطة بهذا أعلى بكثير من الحلول السابقة.