Китайцы решили проблему перегрева чипов. Microsoft и NVIDIA могут забыть о гигантских системах охлаждения

Производительность современных процессоров, особенно тех, которые предназначены для искусственного интеллекта и центров обработки данных, сталкивается со все более жестким барьером. Не архитектура, а температурный предел определяет, насколько быстро и насколько мы можем загружать наши системы. Законы физики абсолютны, и увеличение удельной мощности означает, что даже мощные универсальные комплекты или специальные контуры с трудом справляются с ними. Ответ на температурные проблемы буквально внутри кремния.

Достижение плотности рассеяния тепла 3000 Вт/см² при мощности накачки всего 0,9 Вт/см² является новым стандартом энергоэффективности в охлаждении полупроводников.

Cooler Master Hyper 212 3DHP Black (ARGB) и V4 Alpha 3DHP Black — новое воздушное охлаждение с технологией тепловых трубок 3DHP

Сегодня миниатюрные интегральные схемы — это настоящие печи. Чем больше транзисторов мы помещаем в квадратный миллиметр кремния, тем сложнее рассеивать выделяемое тепло. Традиционные охлаждающие пластины в течение многих лет достигают плато производительности, то есть предела примерно в 2000 Вт/см², превышение которого требует непропорционального количества энергии. Группа ученых из Пекинского университета только что изменила эти правила. Их трехслойная микрофлюидная архитектура не только преодолела этот барьер, но и сделала это таким образом, что могла произвести революцию в отраслевом подходе к управлению температурным режимом в центрах обработки данных и устройствах высокой мощности. Публикация в престижном журнале Nature Electronics описывает решение, разработанное командой профессора Сун Бая из Инженерного колледжа Пекинского университета. Основой успеха является трехслойная микроканальная структура, выгравированная непосредственно на кремниевой подложке. Первый слой представляет собой разделитель, который равномерно распределяет воду по всей поверхности чипа. Он работает как спринклерная система в саду, где основная труба распределяет воду по множеству более мелких розеток. Средний слой содержит миниатюрные сопла, которые стреляют струями жидкости прямо на поверхность чипа, уделяя особое внимание преодолению теплового барьера, где тепло накапливается больше всего. Нижний слой состоит из микроканалов с характерными зубчатыми стенками, по которым отводится уже нагретая жидкость.

Термопаста АМеХ СГТ-4 разрушает процессоры и кулеры. Уксусная кислота и коррозия – это только начало проблем

Система обеспечивает плотность отвода тепла 3000 Вт/см² при мощности накачки всего 0,9 Вт/см². Это соответствует коэффициенту полезного действия (COP) 13 000, значению, недостижимому для традиционных решений. Для сравнения, типичные охлаждающие пластины останавливаются на пределе 2000 Вт/см² и требуют гораздо больше энергии для перекачки жидкости. Используя стандартные методы MEMS (микроэлектромеханических систем), решение можно производить массово, используя существующие процессы производства полупроводников. Технология появилась в идеальное время. Новое поколение полупроводников, таких как нитрид галлия (GaN) и карбид кремния (SiC), становятся стандартом в электромобилях, телекоммуникациях и возобновляемых источниках энергии. Однако их плотность теплового потока в киловатт на квадратный сантиметр выходит за рамки возможностей обычного охлаждения. Аналогичная проблема актуальна и для ускорителей искусственного интеллекта. Ожидается, что NVIDIA Rubin Ultra достигнет 2300 Вт тепловых потерь от одного ускорителя, а прогнозы на 2035 год предусматривают ошеломляющие 15 360 Вт.

Montech LightFlow ARGB — охлаждение AiO в версиях 240 и 360 мм с бесконечным зеркалом и длительной гарантией

Что это означает для пользователя и отрасли? Прежде всего, возможность проектировать более компактные и эффективные системы, не опасаясь перегрева. Центры обработки данных могут достичь более высокой вычислительной мощности при меньших затратах на энергию охлаждения. Стоит отметить, что Microsoft также проводит исследования подобной микрофлюидной технологии с сентября 2025 года. Компания из Редмонда добилась в три раза более эффективного рассеивания тепла по сравнению с традиционными холодными пластинами. Однако китайская реализация идет еще дальше, предлагая более высокий коэффициент эффективности при стандартных производственных процессах. Остается вопрос о коммерциализации. Хотя в решении используется существующая технология MEMS, его реализация требует внесения изменений в процессы упаковки чипов со стороны TSMC, Intel и Samsung. Это не то изменение, которое можно сделать в одночасье. Однако при нынешних тенденциях увеличения удельной мощности в интегральных схемах у отрасли может не остаться выбора. Он либо примет эти типы решений, либо остановится на тепловых характеристиках.

Источник: Новости Пекинского университета, Nature Electronics.