Транзисторы под алмазным одеялом: шоковые 70°C снижения температуры
друзья, представляете — ученые из Стэнфорда придумали, как прокачать наши процессорчики с помощью… алмазов! Да-да, вы не ослышались. Обычные транзисторы теперь будут заворачивать в самое настоящее алмазное «одеялко». И это не просто красиво — тесты показывают, что температура чипа падает аж на 70 градусов! А в теории и вовсе на 90%. Вообще жесть!
Об этом пишут в IEEE Spectrum на этой неделе. Суть в том, что наши девайсы становятся все мощнее и компактнее, а транзисторы в них — все плотнее. Вот смотрите: в новейшей видеокарте Nvidia Blackwell их — аж 208 миллиардов! Ну вы поняли, да?
И вся эта мощь упирается в одну сложненькую проблемку — жуткий перегрев. Представьте, пытаешься запихнуть суперкомпьютер в размеры смартфона, а он греется как утюг. Ну как так-то?
Вот и команда умников под руководством Срабанти Чоудхури уже несколько лет ломала голову над алмазными технологиями. С 2022 года, если точнее! И, кажется, они нашли свою золотую — вернее, алмазную — жилу.
Использование алмазов в сочетании с GaN-транзисторами не является чем-то новым; Япония также опубликовала исследование по этой теме в 2022 году, а фонд DARPA США нанял Raytheon для исследования этой темы в 2024 году. Самой большой инновацией, достигнутой командой профессора Чоудхури на этой неделе, стала возможность выращивать алмазы непосредственно на полупроводниковых приборах при достаточно низкой температуре, чтобы сохранить работоспособность компонентов. До этого прорыва алмазные пластины микрометрового размера можно было вырастить только при температуре 1000 градусов по Цельсию или выше.
Метод выращивания алмазов, разработанный Чоудхури и его командой, позволяет получать «крупнозернистый поликристаллический алмаз вокруг устройств при температуре 400 °C». Каждое слово в этой цитате само по себе является прорывом. Благодаря добавлению в смесь большего количества кислорода, чем при использовании старых методов, удаляются неалмазные углеродные отложения, что позволяет избежать образования сажи, которая скорее вредит, чем помогает проводимости. Температура в 400 °C находится в пределах допустимого для КМОП-устройств диапазона, но при этом достаточно высока, чтобы образовывались алмазы, а не сажа. Крупные кристаллы также играют важную роль в этом методе, поскольку более крупные кристаллы обеспечивают более высокую проводимость, чем слой из множества мелких кристаллов, расположенных рядом друг с другом и неспособных эффективно распределять тепло.
Алмаз уже много лет рассматривается в качестве компонента для будущих чипов из-за его невероятно высокой теплопроводности: монокристаллический алмаз в шесть раз более теплопроводен, чем медь. Поиск и производство алмазных транзисторов, несмотря на их привлекательность, были бы невозможны из-за отсутствия поставок в таком форм-факторе.
Таким образом, алмаз стал новым компонентом поверх нитрид-галлиевых транзисторов. Он выращивается непосредственно поверх полупроводников и образует промежуточный слой из карбида кремния, что позволяет достичь революционного уровня теплоотвода непосредственно на транзисторе. Стандартные радиаторы, устанавливаемые поверх полупроводников, никогда не смогут проникнуть внутрь чипа, чтобы отводить тепло от горячих точек, особенно с учётом того, что трёхмерная архитектура чипов продолжает развиваться и расширяться. Но алмазный слой, окружающий трёхмерный транзистор, по-видимому, отлично справляется с этой задачей.
Команда Стэнфордского университета продвигается в вопросе интеграции алмазного проводящего слоя в промышленность. Программа DARPA Министерства обороны США, по-видимому, включила исследователей в свой существующий проект по созданию алмазных транзисторов на основе нитрида галлия, результаты которого ожидаются в 2027 году. Помимо оборонных контрактов, Стэнфорд также рассчитывает использовать свои связи в промышленности с TSMC, Micron и Samsung для дальнейшей разработки технологии в коммерческих целях.
Чтобы дожить до эпохи 1 нм и меньше, производителям микросхем, безусловно, придётся пойти на такие радикальные меры, как эта, поскольку фундаментальные ограничения проводимости и тепловыделения начинают расти в геометрической прогрессии ещё до того, как произойдёт переход от кремниевых вычислений к другим технологиям. Время покажет, сможет ли печать алмазов на полупроводниках стать временной мерой до конца кремниевой эры или даже поможет проложить путь к будущим материалам.
Сообщение Транзисторы под алмазным одеялом: шоковые 70°C снижения температуры появились сначала на DGL.RU - Цифровой мир: новости, тесты, обзоры телефонов, планшетов, ноутбуков.