Версия для слабовидящих
Физики из России решили проблему перегрева микропроцессоров будущего Печать Email
Новости науки
21.01.2016

Российские исследователи из МФТИ нашли решение проблемы перегрева активных компонентов, необходимых для передачи данных в оптоэлектронных микропроцессорах будущего. Такие процессоры буду работать в десятки тысяч раз быстрее современных устройств.

Производительность многоядерных процессоров сегодня определяется не столько скоростью работы каждого ядра, сколько скоростью обмена данными между ними. Но электрические медные соединения в микропроцессорах ограничены по пропускной способности, что не позволяет наращивать производительность. Другими словами, двукратное увеличение количества ядер не даёт двукратного роста вычислительной мощности компьютеров.

Поэтому ведущие компании полупроводниковой индустрии, например, IBM, Oracle, Intel и HP, постепенно переходят от электроники к фотонике, в которой информация передаётся потоками частиц света фотонов, а не электронов.

Возможны и другие варианты системы. Так, в оптоэлектронном микропроцессоре вычисления внутри каждого ядра будут вестись за счёт электронов, а информацию между ядрами будут практически мгновенно передавать фотонные компоненты.

Проблема в том, что из-за дифракции фотонные компоненты нельзя так же легко уменьшать, как электронные. Учёные придумали использовать для этих целей не объёмные электромагнитные волны, а поверхностные, так называемые поверхностные плазмон-поляритоны. Такой переход позволит "сжать" свет до наномасштабов.

Главным препятствием является поглощение поверхностных плазмон-поляритонов в металле, ключевом материале плазмоники. Этот эффект аналогичен сопротивлению в электронике, где энергия электронов теряется и преобразуется в тепло при прохождении тока через "сопротивляющийся" материал.

Потери эти можно компенсировать, закачивая дополнительную энергию в поверхностные плазмон-поляритоны. Однако накачка создаёт дополнительное тепловыделение, которое ведёт к росту температуры не только самих плазмонных компонентов, но и всего процессора.

Чем выше поглощение в металле, тем больше потери, и тем более мощная требуется накачка. В свою очередь, это повышает температуру, что снова ведёт к росту потерь и осложняет создание усиления, а значит, требуется ещё большая мощность накачки. Замкнутый круг.

В итоге которого температура может возрасти настолько, что кристалл процессора просто разрушится.

Сотрудники лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ Дмитрий Федянин и Андрей Вишневый нашли способ решения этой проблемы.

Учёные показали, что использование различных термоинтерфейсов — слоёв теплопроводящих материалов, находящихся между чипом и системой охлаждения и обеспечивающих беспрепятственный отвод тепла — позволит эффективно охлаждать высокопроизводительные оптоэлектронные чипы.

По результатам компьютерного моделирования Федянин и Вишневый сделали вывод: если оптоэлектронный чип с активными плазмонными волноводами разместить в воздухе, то его температура повысится на несколько сотен градусов Цельсия, что приведёт к неработоспособности устройства.

Многослойные термоинтерфейсы нано- и микрометровой толщины в сочетании с простыми системами охлаждения способны уменьшить температуру чипа с нескольких сотен до приблизительно десяти градусов Цельсия выше температуры окружающей среды.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Photonics.

Источник - http://www.vesti.ru/doc.html?id=2710457

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта