علوم پایه فناوری

توسعه سیستم خنک‌کننده برای پردازش گرهای فوتونیکی

توسعه سیستم خنک‌کننده برای پردازش گرهای فوتونیکی
نوشته شده توسط سید محمد حسین خلیلی

محققانی از MIPT، موسسه فیزیک و فناوری مسکو؛ راه‌حلی برای مشکل گرم شدن بیش‌ازحد اجزای پلاسمونیک فعال برای انتقال سریع اطلاعات در ریزپردازنده‌های اپتوالکترونیکی پیدا کردند.
این ریز پردازنده‌های درحال‌توسعه، متعلق به آینده هستند و عملکرد آن‌ها هزار برابر سریع‌تر از ریزپردازنده‌های کنونی خواهد بود. در مقاله ای که در ژورنال ACS photonics منتشرشده، محققان نشان داده‌اند که چگونه به‌طور مؤثر تراشه‌های اپتوالکترونیک به کمک سینک‌های حرارتی استاندارد را خنک میکنند.
سرعت پردازش در پردازنده‌های چندهسته‌ای و یا ابر پردازنده‌های که در سیستم‌های رایانه‌ای با کارایی بالا استفاده می‌شود، تنها به سرعت پردازش تک هسته‌ها بستگی ندارد؛ بلکه محدودیت دیگری نیز در این باره وجود دارد.
این محدودیت زمان لازم برای انتقال اطلاعات بین هسته‌های مختلف است. اتصالات مسی مورد استفاده در پردازنده‌های امروزی از لحاظ پهنای باند محدود است و نمی‌تواند از پیشرفت پردازنده‌ها پشتیبانی کند.

mipt_google_plus3

شرکت‌های پیشرو در صنعت نیمه‌هادی‌ها، از جمله IBM، اوراکل، اینتل، اچ پی و این‌ویژن در حال حرکت از الکترونیک به سمت فوتونیک هستند و در حال حاضر میلیاردها دلار در این زمینه سرمایه‌گذاری کرده‌اند.
جایگزینی الکترونیک با فوتونیک در پردازنده‌ها به این معنی است که اطلاعات تقریباً در لحظه، بین هسته‌ها منتقل می‌شود و این یعنی عملکرد و کارایی پردازنده‌ها تنها به تعداد هسته‌های پردازشگر بستگی دارد. با افزایش تعداد هسته‌های پردازنده، قدرت پردازش آن نیز افزایش می‌یابد.
با این همه به علت پراش نور، قطعات فوتونیکی را مانند قطعات الکترونیکی نمی‌توان کوچک کرد. در واقع ابعاد سیستم‌های فوتونیکی نمی‌تواند از اندازه‌ای در حدود طول‌موج نور کوچک‌تر شود. (یک میکرومتر یا ۱۰۰۰ نانومتر)، اما ترانزیستورها به‌زودی به کوچکی ۱۰ نانومتر خواهند رسید.
این مشکل اساسی را می‌توان با استفاده از امواج سطحی برطرف کرد، چیزی که با عنوان پلاریتون‌های سطحی پلاسمون یا SPPs شناخته می‌شوند.
مشکلی اصلی که دانشمندان با آن روبه‌رو هستند جذب SPPs توسط فلز است.
این مشکل مشابه مقاومت الکتریکی در الکترونیک است که در آن انرژی الکترون با عبور از یک مقاومت به گرما تبدیل می‌شود و کاهش می‌یابد. از دست دادن SPP ها را می‌توان با پمپاژ انرژی اضافه به SPP ها جبران کرد؛ اما این کار باعث تولید حرارت می‌شود.
افزایش دما باعث افزایش از دست دادن بهره‌وری می‌شود و باید پمپاژ قوی‌تری انجام شود. این چرخه می‌تواند دما را آن‌قدر بالا ببرد تا پردازنده بسوزد. این مسئله جای تعجب ندارد، ازآنجایی‌که انرژی گرمایی در واحد سطح حاصل از پلاسمونیک فعال بیش از ۱۰ هزار وات در سانتی‌متر مربع است، یعنی چیزی حدود دو برابر شدت تابش در سطح خورشید؛ نباید خیلی شگفت‌زده شد.
محققان نشان دادند که این تراشه‌ها را می‌توان به کمک گریس‌هایی با عملکرد حرارتی بالا خنک کرد. با قرار دادن لایه‌های مختلف بین تراشه و سیستم خنک‌کننده می‌توان حرارت را نسبت به حالتی که هوا بین تراشه و سینک‌های حرارتی قرار دارد، ۱۰۰ ها درجه پایین‌تر آورد. قرار دان این لایه‌های با ضخامتی در حدود نانومتر یا میکرومتر می‌تواند چشم‌انداز وسیعی را در استفاده کاربردی از این تراشه باز کند.

درباره نویسنده

سید محمد حسین خلیلی

دیدگاه شما چیست