Buzz
Để giảm thiểu tỏa nhiệt gây suy giảm hiệu suất chip, Thung lũng Silicon đang tìm kiếm vật liệu sản xuất mới như kim cương tổng hợp.
Nhiệt luôn là vấn đề quan trọng trong công nghệ. Để đạt được hiệu suất tối ưu, chip cần được làm mát hiệu quả để tránh nhiệt độ cao gây ra hiện tượng giảm hiệu suất.
Theo Andy Bechtolsheim, nhà sáng lập Sun Microsystems, chip chỉ có thể chịu được một nhiệt độ tối đa nhất định. Vượt quá nhiệt độ này sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của chip.
Các chip hiệu suất cao hiện nay có thể tiêu thụ đến 100 watt điện trên mỗi cm vuông. Nhiệt độ sinh ra từ việc tính toán sẽ được chuyển hóa thành nhiệt, và cần phải được làm mát hiệu quả để tránh làm hỏng chip.
Vấn đề là càng ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt là trong các trung tâm dữ liệu sử dụng cho trí tuệ nhân tạo. Cần phải tìm ra các phương pháp làm tăng hiệu suất và giảm tỏa nhiệt trong khi sử dụng các linh kiện công nghệ mới.
Sử dụng viên kim cương lớn nhất thế giới để sản xuất chip
Kim cương là vật liệu dẫn nhiệt tốt nhất được biết đến. Tuy nhiên, việc tạo ra vi xử lý bán dẫn từ kim cương vẫn chưa được thực hiện. Vì vậy, phương án tốt nhất là tạo ra một con chip thông thường và thay thế phần nền silicon không chứa mạch điện bằng tinh thể kim cương đơn.
Tại Diamond Foundry, các kỹ sư đã tạo ra viên kim cương lớn nhất thế giới, với đường kính 4 inch (khoảng 10cm) và độ dày chưa đến 3mm. Tấm wafer kim cương tổng hợp này có thể được kết hợp với các vi mạch silicon để làm mất nhiệt lượng một cách nhanh chóng.
Cho đến nay, Diamond Foundry đã sản xuất hàng trăm tấm wafer từ kim cương. Việc sử dụng kim cương làm vật liệu sản xuất wafer giúp các chip chạy nhanh gấp đôi tốc độ so với chip thông thường.
Diamond Foundry đang đàm phán với hầu hết các nhà sản xuất chip lớn nhất thế giới và một số nhà sản xuất thiết bị điện tử khác để cải thiện kích thước và hiệu suất của các vi xử lý và thiết bị điện tử.
Mặc dù Diamond Foundry là một trong những nhà sản xuất wafer từ kim cương hàng đầu, nhưng cũng có nhiều công ty khác tham gia vào lĩnh vực này, như Coherent và Element Six, với các giải pháp khác nhau trong việc sử dụng kim cương trong sản xuất chip.
Trái ngược lại, Intel - một trong những công ty lớn nhất trong lĩnh vực sản xuất chip - đang tập trung vào việc sử dụng thủy tinh tinh khiết để chế tạo wafer, dự kiến sẽ áp dụng vào giai đoạn từ 2025 đến 2030. Thủy tinh tinh khiết được sử dụng để cải thiện hiệu suất sử dụng năng lượng và tăng khả năng giao tiếp giữa các chiplet, thay vì tập trung vào việc kiểm soát nhiệt độ.
Việc loại bỏ hoàn toàn silicon trong sản xuất chip là một xu hướng trong tương lai mà các nhà khoa học đang dự báo. Một ứng cử viên tiềm năng là boron arsenide, vật liệu có khả năng truyền nhiệt tốt và là chất bán dẫn giống như silicon. Thiết kế của các chip trong tương lai có thể sẽ bao gồm thủy tinh siêu tinh khiết ở phía trên, lớp silicon ba chiều ở giữa và tấm wafer kim cương ở phía dưới để tăng tốc độ xử lý và khả năng thoát nhiệt.
Hoàn toàn loại bỏ silicon
Trong tương lai, có khả năng loại bỏ hoàn toàn và thay thế silicon trong sản xuất chip. Boron arsenide là một trong những ứng cử viên tiềm năng, cho phép tạo ra các chip với hiệu suất xử lý nhanh và khả năng thoát nhiệt tốt.
Một ngày nào đó, thiết kế của các chip có thể sẽ bao gồm thủy tinh siêu tinh khiết ở phía trên, lớp silicon ba chiều ở giữa và tấm wafer kim cương ở phía dưới để tăng tốc độ xử lý và khả năng thoát nhiệt.
Tham khảo từ Wall Street Journal
