Новые процессоры становятся горячее почти с каждым поколением. Исследование, проведенное Калифорнийским университетом показывает, что решением проблемы могут быть тепловые транзисторы. Сейчас термотранзисторы только на стадии экспериментов, они предлагают привлекательный способ распределения и отвода тепла, который может заинтересовать такие компании, как AMD и Intel.
Современные чипы становятся меньше, но энергопотребление почти не уменьшается. Поскольку энергия превращается в тепло, это означает, что большее количество тепла накапливается на меньшей площади. Нагрев часто сосредотачивается в определенной части процессора – горячей точке. Даже если средняя температура чипа в пределах нормы, нагрев в горячей точке может помешать ему работать лучше.
Термотранзисторы равномерно распределяют тепло по кристаллу процессора с помощью электрического поля. Для этого используется слой толщиной в одну молекулу, который становится теплопроводящим во время получения электропитания. Тепловые транзисторы могут перемещать тепло от горячей точки к более холодной части чипа. По сравнению с обычными методами охлаждения, экспериментальные транзисторы были в 13 раз лучше в теплораспределении.
Подобно электронному транзистору, термический транзистор UCLA использует электрические поля для модуляции проводимости канала, в этом случае тепловой, а не электрической. Это делается с помощью тонкой пленки молекул, действующей как канал транзистора. Применение электрического поля делает молекулярные связи в пленке более прочными, что увеличивает ее теплопроводность.
С помощью этого одномолекулярного слоя исследователи смогли добиться максимального изменения проводимости на частоте свыше 1 МГц, что на несколько порядков быстрее других систем управления теплом. Молекулярное движение обычно управляет тепловым потоком в других типах термопереключателей, но оно достаточно медленное по сравнению с движением электронов. Использование электрического поля позволило ускорить переход от миллигерц к мегагерцам.
По мере того как разработчики процессоров усовершенствуют дизайн и повышают частоту для большей производительности, становится все труднее справляться с перегревом. Если тепловые транзисторы выйдут из лаборатории на потребительские устройства, это может по уменьшить проблему неравномерной плотности тепла, если не решить ее полностью.
Источники: Science, IEEE Spectrum, Tom’s Hardware