Miniaturyzacja zabija procesory? Temperatura może zatrzymać cały przemysł

Miniaturyzacja zabija procesory? Temperatura może zatrzymać cały przemysł

Nowoczesne układy scalone osiągają temperatury, które mogą zatrzymać rozwój branży. Czy to koniec złotej ery półprzewodników?

W ciągu ostatnich dwóch dekad świat technologii obserwował niesamowity rozwój półprzewodników – serca każdego nowoczesnego urządzenia elektronicznego. Jednak za imponującymi osiągami kryje się coraz poważniejsze zagrożenie: temperatura. Rosnąca gęstość tranzystorów w układach CPU i GPU prowadzi do nadmiernego nagrzewania się chipów, co może wyhamować przyszły rozwój całej branży. Jak donosi portal TechSpot, współczesne procesory – zwłaszcza topowe modele od Intela i Nvidii – stają się nie tylko coraz wydajniejsze, ale też coraz gorętsze. Skutki tego zjawiska są odczuwalne nie tylko dla użytkowników końcowych, którzy zauważają spadki wydajności i skrócony czas pracy baterii, ale również dla całego przemysłu.

Prawo Moore’a w ogniu?

Coraz wyższe temperatury zaburzają znane prawa rozwoju technologicznego. „Prawo Moore’a”, które zakładało podwajanie wydajności co dwa lata, oraz „prawo Dennarda”, umożliwiające proporcjonalne zwiększanie wydajności przy jednoczesnym zmniejszaniu zużycia energii – dziś już nie działają. Odkąd dalsze obniżanie napięcia stało się technologicznie niepraktyczne, rosnąca gęstość tranzystorów prowadzi do wyższej gęstości mocy i – co za tym idzie – do większej produkcji ciepła. I choć układy scalone stają się coraz mniejsze, to właśnie ich miniaturyzacja zwiększa problem termiczny.

Chłodzenie – nowa waluta innowacji

Eksperci z belgijskiego IMEC, międzynarodowego centrum badawczego mikroelektroniki, biją na alarm: każda nowa generacja układów pogarsza sytuację. Wprowadzane tranzystory nanopłytkowe i CFET (tzw. tranzystory polowe), choć pozwalają zaoszczędzić miejsce i zwiększyć wydajność, nie rozwiązują problemu przegrzewania – a wręcz go potęgują. Modelowanie pokazuje, że przyszłe technologie (np. układy 1-nanometrowe) zwiększą temperaturę nawet o 9°C. Co więcej, nowoczesne techniki chłodzenia – od chłodzenia cieczą po chłodzenie zanurzeniowe – nie są możliwe dla urządzeń mobilnych i nie zawsze skalują się w centrach danych.

Kieszonkowy piekarnik

Rosnące temperatury najmocniej odczuwają użytkownicy smartfonów i laptopów. Urządzenia te muszą dławić swoją wydajność, gdy czujniki temperatury wykryją przegrzanie. Procesory w nich stosują techniki takie jak „thermal throttling” (samoczynne obniżanie taktowania), czy „thermal sprinting” (naprzemienne obciążanie rdzeni) – co obniża wydajność i komfort użytkowania.

Światełko w tunelu: BSPDN

Jedną z obiecujących technologii jest BSPDN (Backside Power Delivery Network) – metoda zasilania chipów z tylnej strony, co pozwala lepiej zarządzać miejscem na froncie układu i potencjalnie ograniczyć ciepło. Samsung i inni giganci zapowiadają wdrożenie tej technologii już przy 2-nanometrowych procesorach. Jednak nawet BSPDN nie jest wolna od kompromisów – rozcieńczenie krzemowego podłoża może prowadzić do powstawania nowych punktów przegrzewania się, a lokalne temperatury mogą wzrosnąć nawet o 14°C.

Eksperci przewidują, że jeśli problemu nie uda się opanować, czeka nas nie tyle postęp, co technologiczny impas. 

Obserwuj nas w Google News

Pokaż / Dodaj komentarze do: Miniaturyzacja zabija procesory? Temperatura może zatrzymać cały przemysł

 0
Kolejny proponowany artykuł
Kolejny proponowany artykuł
Kolejny proponowany artykuł
Kolejny proponowany artykuł