Чиповете на бъдещето залагат на диамантите – синтетичните диаманти ще бъдат новият стандарт в охлаждането

Старата шега за любовта на момичетата към диамантите днес има друго значение. Компютърните чипове се превръщат в най-добрите приятели на диамантите. Този материал има една от най-високите топлопроводимости в света, няколко пъти по-висока от чистата мед. С нарастването на изчислителната мощност на процесорите и ускорителите нараства и отделянето на топлина, а сега именно диамантът може частично да реши проблема с прегряването, превръщайки се в идеалния радиатор на бъдещето.

Съвременните микрочипове съдържат стотици милиарди транзистори и голяма част от енергията в тях се губи от изтичане на тока. Това води до прегряване, намалява ефективността и съкращава живота на устройствата. В центровете за данни проблемът е особено остър – охлаждането изисква все повече енергия и пари. Без радикални нови решения консумацията на електроенергия от ИТ инфраструктурата рискува да излезе извън контрол, така че намирането на алтернативни материали за разсейване на топлината се превърна в едно от най-големите предизвикателства за индустрията. И тук синтетичните диаманти изглеждат особено обещаващи.

Високата топлопроводимост на диаманта се дължи на неговата кристална структура: всеки въглероден атом е свързан с четири съседни, което осигурява ефективно предаване на топлинните вибрации – квазичастични фонони – във всички посоки. Днес диамантените радиатори вече се използват в космическата електроника и други области, където надеждността е от решаващо значение, а през следващите години подобни технологии могат да се появят и в потребителските устройства – от персоналните компютри до смартфоните.

Една от водещите компании, работещи в тази област, е Diamond Foundry от Южен Сан Франциско. Тя произвежда свръхтънки монокристални диамантени филми, които се отлагат върху силициеви пластини. Синтетичните диаманти се отглеждат чрез CVD – химическо отлагане на пари от въглеродна плазма – последвано от полиране до перфектна кристална структура. Готовите дискове с диаметър до 10 cm се шлифоват до атомна дебелина, което им позволява да прилягат възможно най-плътно върху кристалната повърхност и ефективно да отвеждат топлината от горещите зони на чипа.

Това решение подобрява производителността и издръжливостта на чипа, без да е необходимо да се използват масивни охладителни системи, въпреки че цената остава висока поради сложността на производството. Успоредно с това се разработват и хибридни решения, като например радиаторите от диамант и мед, представени тази година от Element Six (част от групата De Beers).

Подобни конструкции вече се използват в телекомуникациите и космическата индустрия, а сега навлизат и на пазара на компютри.

Създаването на атомарно тънки слоеве от синтетичен диамант обаче остава нетривиална и много скъпа задача. Ето защо учените от Станфордския университет например търсят технология за създаване на „дебели“ диамантени слоеве върху чиповете с помощта на други методи. Отглеждането на многослоен диамантен слой е по-лесно от разпрашаването му. Освен това е възможно да се създадат няколко такива слоя в един чип, като те се редуват с работни слоеве с транзистори. Но проблемът остава – подобни „поликристални“ диаманти провеждат добре топлината нагоре и надолу, отколкото встрани, а за чиповете с голяма площ – това е основното и топлината се разпространява по-зле. Но работата продължава и резултатът скоро ще бъде налице.