Твердотельные термотранзисторы регулируют тепловой поток с помощью электромагнитного поля

Ученые из Калифорнийского университета разработали первый в своем роде твердотельный термотранзистор, который может использоваться для точного управления теплопередачей в электронных устройствах с целью охлаждения микросхем. В сочетании с другими решениями, этот метод может способствовать повышению производительности процессоров.

Как известно, тепло – это враг электроники номер один. Как подчеркивает Институт электротехники и электроники (Institute of Electrical and Electronics Engineering, IEEE), для пассивного отвода излишков тепла от источника традиционно используются радиаторы. Активные методы охлаждения, в которых работают движущиеся элементы или жидкости, также давно и успешно применяются, но в них может потребоваться некоторое время, прежде чем интенсивность охлаждения станет эквивалентной интенсивности нагрева чипа под нагрузкой.

В отличие от всех этих методов, термотранзисторы воздействуют непосредственно на тепловой поток в результате приложения электромагнитного поля. Как объясняет IEEE, в вышеупомянутом термотранзисторе каналом служит тонкий слой (пленка) молекул. В результате приложения электромагнитного поля межмолекулярные связи в пленке становятся сильнее, что повышает ее теплопроводность.

Такой термотранзистор привлекателен сразу в нескольких аспектах. Во-первых, для управления тепловым потоком он использует небольшое количество энергии по сравнению с другими методами теплорассеяния и имеет в 13 раз больший коэффициент теплопроводности по сравнению с традиционными решениями, в которых используется эффект теплопроводности материалов за счет хаотического движения частиц. Кроме того, он может включаться в компоновку чипа на этапе производства, что позволит ускорить охлаждение нужных участков микросхемы, нагревающихся наиболее сильно, например, 3D-чиплетов.

Руководитель научной группы Йонджи Ху (Yongjie Hu) отмечает, что ученые и инженеры давно хотят научиться управлять тепловыми потоками, аналогично тому, как они управляют потоками электронов, но это всегда было сложной задачей.

И, возможно, самый большой плюс: нет такой ситуации, в которой один конкретный метод охлаждения был бы однозначно предпочтительнее других методов. И ничто не мешает использовать термотранзисторы в сочетании с другими новыми методами охлаждения – например, с применением альтернативных материалов подложки и/или новых конструктивных решений – равно как и с традиционными методами для достижения максимального эффекта.

Работа вышеупомянутой группы ученых недавно опубликована в журнале Science. Говоря о перспективах, Ху допускает, что, поскольку данная технология пока находится в начальной стадии разработки, в будущем, по мере отшлифовки, она с высокой вероятностью будет давать лучшие результаты в части повышения потенциала производительности микросхем.