Vizet a processzorBA!

A múlt héten jelentették be a Kék Óriás mérnökei azon fejlesztésüket, melynek révén sikerült többrétegű, vagyis 3D-s chipeket alkotni. Ez így önmagában még nem olyan nagy durranás, hiszen az erre irányuló kísérletek már régóta zajlanak, és korábban is beszámolhattak sikerekről e téren. A rétegelt lapkáknak azonban van egy nagyon komoly problémájuk: a sűrűn egymásra helyezett tranzisztorok olyan mértékben képesek hőt generálni a tokozáson belül, hogy azt eddig semmilyen módszerrel nem tudták hatékonyan eltávolítani a mérnökök. Az IBM állítása szerint egy 4 négyzetcentiméteres, 1 milliméteres lapka akár 1 kilowattnyi hőt is disszipálhat egy óra alatt.

Akkor miért van értelme mégis foglalkozni a processzorok 3D-sítésével? Nos, azért, mert a réteges kialakítás számos előnnyel kecsegtet: kis helyigénnyel lehet a számítást végző tranzisztorok számát megduplázni (megtriplázni, megnégyszerezni…). Emellett a köztük lévő belső kapcsolatok pedig kis távolságokat kell csak, hogy áthidaljanak, így a jelkésleltetés (skew) jóval kisebb problémát okoz. Összességében pedig egy többrétegű processzor kevesebbet fogyaszt (ráadásul, ha kiforrja magát a technika, akkor olcsóbb), mint több egyrétegű, ugyanakkora számítási teljesítményt nyújtó példány.

Látszik tehát, hogy érdemes boncolgatni a témát – „csupán” a melegedés problémáját kell valahogy megoldani. Korábban is zajlottak már arra kísérletek, hogy a tokozáson belül, magukban a lapkákban legyen kialakítva valamilyen hűtőrendszer, ezek azonban eddig nem hozták meg a kellő eredményt. Az IBM viszont – a német Fraunhofer Intézettel együttműködve – egy olyan prototípust mutatott be a minap, amelybe szó szerint vizet vezettek. Az egyes rétegek között miniatűr csövecskéken áramoltatja keresztül a folyadékot a kísérleti példány.

Részletek
Thomas Brunschwiler, az IBM zürichi kutatólaboratóriumának projektvezetője elmondta, hogy a vízhűtő rendszer csövei olyan vékonyak, mint az emberi hajszál (50 mikrométeres nagyságrendre kell gondolni). Ez azt jelenti – amit a processzorok felépítésében kicsit is jártasak azonnal tudnak -, hogy az alkalmazott tranzisztorokhoz képest nagyjából ezerszer nagyobb átmérővel rendelkeznek. Ugyanakkor ilyen méretek mellett is működőképes a rendszer (a víz összetétele és áramlástani törvények miatt egy bizonyos határ alá le sem lehet menni e tekintetben), méghozzá nem is akárhogy. Rétegenként és négyzetcentiméterenként 180 wattnyi hőt tud eltávolítani.

A tranzisztorrétegek közé telepített hűtőréteg vastagsága nem nagyobb mint 100 mikrométer: még így is igen sűrű hálózatot tudtak létrehozni az IBM és a Fraunhofer Intézet mérnökei. A Kék Óriás közlése szerint négyzetmilliméterenként 10 ezer vertikális belső kapcsolatot alkalmaztak. Összetettségét illetően az emberi aggyal példálózott Brunschwiler, aki egyben arról is biztosította a médiát, hogy a belső szigetelések bírják a folyamatos áramlást, és megakadályozzák, hogy a víz kiszivárogva rövidzárat okozzon (és ezzel a processzor halálát idézze elő).

A fejlesztés kereskedelmi forgalomban kapható termékekben való megjelenésének ideje egyelőre nem ismert.