Материал, который поможет эффективно охлаждать микропроцессоры нового поколения

Компьютерные процессоры за последние годы уменьшились до нанометрового масштаба, на одном компьютерном чипе могут быть расположены миллиарды транзисторов. Увеличение количества транзисторов помогает делать компьютеры быстрее и мощнее, но оно также приводит к выделению большого количества тепла в сильно уплотненном пространстве. Без эффективного способа отвода тепла во время работы компьютерные процессоры замедляются, что приводит к ненадежным и неэффективным вычислениям. Кроме того, высокие температуры компьютерных микросхем требуют дополнительной энергии для предотвращения перегрева процессоров.

Инженеры Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе продемонстрировали успешную интеграцию нового полупроводникового материала в мощные компьютерные микросхемы для уменьшения нагрева процессоров и повышения их производительности.

Исследованием руководил Юнцзе Ху, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета, результаты недавно были опубликованы в Nature Electronics.

Чтобы решить эту проблему, Ху и его команда в 2018 году первыми разработали в своей лаборатории новый терморегулирующий материал – бездефектный арсенид бора и обнаружили, что он намного более эффективен в отводе тепла, чем другие известные металлические или полупроводниковые материалы, такие как алмаз и карбид кремния. Теперь команда впервые успешно продемонстрировала эффективность материала, интегрировав его в мощные компьютерные устройства.

В своих экспериментах исследователи использовали компьютерные микросхемы с современными широкозонными транзисторами из нитрида галлия, которые называются транзисторами с высокой подвижностью электронов. При работе процессоров с максимальной производительностью микросхемы, в которых в качестве теплораспределителя использовался арсенид бора, показали максимальное увеличение тепла от комнатной температуры до почти 87 градусов по Цельсию. Это значительно ниже, чем у чипов с использованием алмаза для распространения тепла, температура которых повышается примерно до 137 градусов по Цельсию, или чипов с карбидом кремния, показывающих повышение температуры примерно до 167 градусов по Цельсию.

«Эти результаты ясно показывают, что устройства на основе арсенида бора могут выдерживать гораздо более высокую рабочую мощность, чем процессоры, использующие традиционные материалы для регулирования температуры», - сказал Ху. «Наши эксперименты проводились в условиях, когда большинство современных технологий не работают. Эта разработка представляет собой новый эталон производительности и показывает большой потенциал для приложений в электронике большой мощности и корпусах электроники будущего».

Источник