Koelchips, de toekomst van lichtgewicht computerapparatuur
Een van de belangrijkste factoren die de ontwikkeling van chips met een hoog rekenvermogen beperken, is hun vermogen om warmte af te voeren. De kwestie van de warmteafvoer van chips heeft de industrie altijd geplaagd. Een chip ter grootte van een spijkerkap is eigenlijk een warmtebron van 300 watt, maar in werkelijkheid is de chip al gloeiend heet als hij ver onder dit stroomverbruik ligt. De miniaturisatie en hoge integratie van chips kunnen leiden tot een aanzienlijke toename van de lokale warmtefluxdichtheid. De verbetering van de rekenkracht en snelheid brengt een enorm energieverbruik en warmteontwikkeling met zich mee.
Uit een rapport van TSMC blijkt dat sommige "grote chips" met een oppervlakte van meer dan 500 vierkante millimeter in de toekomst een beoogd ontwerpenergieverbruik van meer dan 2000 watt kunnen hebben. Ondanks de voortdurende vermindering van de chipprocesgrootte neemt de vermogensdichtheid voortdurend toe . Zodra het halfgeleiderproces 2 nm binnengaat, zal het aantal transistors en de rekenkracht van de chip uiteraard aanzienlijk toenemen. De snelle toename van de AI-rekenkracht zal aanzienlijke uitdagingen blijven vormen voor de koeling en koeling van chips met ultrahoog vermogen. Momenteel is de hele chipindustrie voor consumentenelektronica feitelijk in een vicieuze cirkel terechtgekomen van "aanzienlijk verbeterde prestaties en een snel stijgend energieverbruik", waaruit een trend blijkt van "het uitwisselen van energieverbruik voor prestaties".
Onlangs heeft Frore Systems, een innovatieve solid-state koeloplossing op basis van piëzo-elektrische MEMS, aangekondigd dat laptops die zijn uitgerust met de MEMS actieve koelchip (AirJet) -oplossing begin 2023 op de markt zullen komen, waardoor betere koelprestaties worden geleverd dan traditionele ventilatoren en tegelijkertijd het geluid wordt verminderd. AirJet-koelchip is een oplossing voor het koelprobleem dat de CPU-prestaties in moderne laptops beperkt. Het is een zogenaamde ‘solid-state koeloplossing’ die de traditionele koelmethoden met ventilatoren volledig achter zich laat.
Bovendien hebben Huawei en het Harbin Institute of Technology gezamenlijk een patent aangevraagd genaamd "Diamond Chip". Dit is een efficiënte warmteafvoerchip gemaakt van diamantmaterialen, die het verwarmingsprobleem van hoogwaardige chips kan oplossen en een nieuwe weg kan openen voor het verbeteren van de chipprestaties. Diamant is een kristal dat is samengesteld uit koolstofelementen, met uitstekende fysische en chemische eigenschappen. Diamant heeft als natuurlijk mineraal een uitstekende thermische geleidbaarheid. Het toepassen van diamant op de warmteafvoer van elektronische chips kan de efficiëntie van de warmteafvoer aanzienlijk verbeteren. Vergeleken met traditionele materialen verlicht het effectief de problemen die worden veroorzaakt door langdurig gebruik van chips bij hoge temperaturen.
Hoewel in sommige toepassingen unieke oplossingen kunnen worden gebruikt, moeten de meeste markten manieren vinden om meer te doen met minder middelen, wat betekent dat er meer functionaliteit per watt moet zijn. De kosten die hiermee gepaard gaan, zijn veel hoger dan bij eerdere oplossingen.
