Прорыв в ультратонких кремниевых нанопроводах может решить самую большую проблему в дизайне процессоров

gaafet diagram
Как вы думаете, в чем сейчас самая большая проблема при проектировании ЦП ? Если вы сказали «тепловая плотность», вы выиграли сегодняшний приз. На самом деле вы не получаете ничего, кроме нашего восхищения и некоторого заслуженного удовлетворения, но это само по себе награда, верно?

Поскольку транзисторы продолжают становиться все меньше и меньше, их энергопотребление уменьшается медленнее, чем их плотность. Это означает, что тепловая плотность новых процессоров со временем увеличивается, и, что еще хуже, новые методы изготовления, такие как Gate-All-Around-Field-Effect-Transistors (GAAFET), на самом деле хуже с точки зрения теплопроводности, чем предыдущие методы.

Цзюньцяо Ву Джоэл Эйгер
Junqiao Wu и Joel Ager, соавторы статьи.

Исследователи ищут средства для увеличения теплопроводности микропроцессоров, и, как оказалось, группа из Калифорнийского университета в Беркли, возможно, нашла путь к резкому улучшению этого конкретного качества. Видите ли, GAAFET имеют лучшую плотность по сравнению даже с FinFET, но они требуют использования кремниевых нанопроводов, которые обладают плохой теплопроводностью из-за их естественной шероховатой поверхности.
Точно так же теплопроводность природного кремния на самом деле значительно страдает от более тяжелых изотопов кремния (кремний-29 и кремний-30), которые смешаны с кремнием-28, составляющим основную часть материала. Эти более тяжелые изотопы действуют как баррикады, которые заставляют движущиеся фононы (тепловую энергию) замедляться, менять курс или рассеиваться, прерывая их поток через материал.
кремниевая нанопроволока

Что ж, команда Калифорнийского университета в Беркли под руководством Цзюньцяо Ву обнаружила, что, изготавливая нанопроволоки из чистого кремния-28, они могут достичь 150-процентного улучшения — это в 2,5 раза больше теплопроводности — благодаря ранее неизвестному физическому свойству, при котором внешняя поверхность покрытие из диоксида кремния фактически заставляет фононы собираться, а затем быстро перемещаться через чистый материал кремния-28. Предыдущие тесты показали, что чистый кремний-28 дает лишь небольшое преимущество в теплопроводности по сравнению с природным кремнием, но они не проводились в наномасштабе, где естественные законы работают немного иначе, чем в более крупном масштабе.

Очевидно, что это все еще находится на стадии исследований, и предстоит проделать еще много работы, прежде чем мы увидим эту технологию в продуктах доставки, но, тем не менее, это крупный прорыв. Подобные открытия помогут продлить срок службы кремниевых микропроцессоров. Это хорошая новость для всех, потому что, когда нам в конечном итоге придется перейти на более экзотические материалы, вы можете попрощаться с процессорами за 19 долларов.

Источник (англ.)

Поставить оценку
Кофебрейкер | Интернет-журнал