Chip làm mát, tương lai của thiết bị điện toán nhẹ
Một trong những yếu tố chính hạn chế sự phát triển của chip có sức mạnh tính toán cao là khả năng tản nhiệt của chúng. Vấn đề tản nhiệt của chip luôn gây khó khăn cho ngành công nghiệp. Một con chip có kích thước bằng chiếc mũ đinh thực chất là một nguồn nhiệt có công suất 300 watt, nhưng trên thực tế, con chip này đã nóng như thiêu đốt khi thấp hơn nhiều so với mức tiêu thụ điện năng này. Việc thu nhỏ và tích hợp cao các chip có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể mật độ dòng nhiệt cục bộ. Sự cải thiện về sức mạnh và tốc độ tính toán mang lại mức tiêu thụ điện năng và sinh nhiệt rất lớn.
Một báo cáo do TSMC đưa ra cho thấy trong tương lai, một số "chip lớn" có diện tích lớn hơn 500 mm vuông có thể có mức tiêu thụ điện năng thiết kế mục tiêu trên 2000 watt. Mặc dù kích thước quy trình chip liên tục giảm, mật độ năng lượng không ngừng tăng lên . Một khi tiến trình bán dẫn tiến vào 2nm, số lượng bóng bán dẫn và khả năng tính toán của chip đương nhiên sẽ tăng lên đáng kể. Sự gia tăng nhanh chóng về sức mạnh tính toán AI sẽ tiếp tục đặt ra những thách thức đáng kể đối với việc làm mát và làm mát các chip công suất cực cao. Hiện tại, toàn bộ ngành công nghiệp chip điện tử tiêu dùng đã thực sự bước vào một vòng luẩn quẩn “hiệu suất được cải thiện đáng kể và mức tiêu thụ điện năng tăng nhanh”, cho thấy xu hướng “đổi mức tiêu thụ điện năng lấy hiệu suất”.
Gần đây, Frore Systems, một giải pháp làm mát thể rắn cải tiến dựa trên MEMS áp điện, đã thông báo rằng các máy tính xách tay được trang bị giải pháp chip làm mát hoạt động MEMS (AirJet) sẽ ra mắt vào đầu năm 2023, mang lại hiệu suất làm mát tốt hơn quạt truyền thống đồng thời giảm tiếng ồn. Chip tản nhiệt AirJet là giải pháp cho vấn đề tản nhiệt làm hạn chế hiệu năng CPU trên các laptop hiện nay. Nó được gọi là "giải pháp làm mát thể rắn" loại bỏ hoàn toàn các phương pháp làm mát bằng quạt truyền thống.
Ngoài ra, Huawei và Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân đã cùng nộp đơn xin cấp bằng sáng chế có tên "Diamond Chip". Đây là chip tản nhiệt hiệu quả được làm bằng vật liệu kim cương, có thể giải quyết vấn đề tỏa nhiệt của chip hiệu suất cao và mở ra con đường mới để cải thiện hiệu suất chip. Kim cương là một tinh thể bao gồm các nguyên tố carbon, có các đặc tính vật lý và hóa học tuyệt vời. Kim cương, như một khoáng chất tự nhiên, có tính dẫn nhiệt tuyệt vời. Ứng dụng kim cương vào khả năng tản nhiệt của chip điện tử có thể cải thiện đáng kể hiệu quả tản nhiệt của chúng. So với các vật liệu truyền thống, nó giúp giảm bớt một cách hiệu quả các vấn đề do chip hoạt động ở nhiệt độ cao trong thời gian dài.
Mặc dù các giải pháp độc đáo có thể được sử dụng trong một số ứng dụng, nhưng hầu hết các thị trường đều phải tìm cách làm được nhiều hơn với ít tài nguyên hơn, nghĩa là có nhiều chức năng hơn trên mỗi watt. Chi phí liên quan đến việc này cao hơn nhiều so với các giải pháp trước đây.
