خنک‌کردن تراشه با لیزر؛ ایده هیجان‌انگیز یک استارتاپ

درحالی‌که گرما یکی از چالش‌های اصلی مراکز داده‌ی مدرن است، استارتاپی به‌نام Maxwell Labs با پشتیبانی آزمایشگاه‌های ملی سندیا (Sandia National Laboratories)، درحال توسعه‌ی فناوری جدیدی است که از لیزر برای خنک‌کردن سخت‌افزارهای پردازشی با عملکرد بالا استفاده می‌کند.

در سال‌های اخیر، صنعت فناوری روش‌های متعددی را برای کاهش گرمای تولیدشده توسط تجهیزات قدرتمند امتحان کرده است: از خنک‌سازی با هوا و آب (هم سرد و هم گرم) گرفته تا غوطه‌وری کامل تجهیزات در مایعات مخصوص. اما یکی از قدرتمندترین ابزارها یعنی لیزر هنوز وارد میدان نشده بود. اکنون به‌نظر می‌رسد محققان به‌فکر استفاده از لیزر برای خنک‌کردن پردازنده‌ها افتاده‌اند.

‌به گزارش The Register، فناوری Maxwell Labs از صفحات خنک‌کننده‌ای از جنس گالیوم آرسناید (GaAs) بهره می‌برد. زمانی که نور لیزر با طول‌ موج مشخص و به‌صورت متمرکز به این صفحات تابانده می‌شود، گرما را از خود دفع می‌کنند. برخلاف آنچه در مواجه‌شدن با پرتوهای نوری شدید انتظار می‌رود (گرم‌شدن ماده)، این نیمه‌رسانا به لطف تحرک الکترونی بالا، توانایی خنک‌کردن دقیق نقاط خاصی را دارد.

در عمل، لایه‌های نازکی از GaAs روی بخش‌هایی از تراشه که بیشترین حرارت را تولید می‌کنند قرار می‌گیرند. الگوهای میکروسکوپی تعبیه‌شده درون نیمه‌رساناها، پرتوهای لیزر را دقیقاً به همان نقاط هدایت می‌کنند. این یعنی خنک‌سازی بسیار موضعی، کارآمد و هدفمند آن‌ هم بدون‌نیاز به خنک‌کردن کل سیستم.

جالب اینکه پیشینه‌ی فناوری Maxwell Labs به مطالعاتی در سال ۲۰۱۲ در دانشگاه کپنهاگ برمی‌گردد؛ جایی‌که پژوهشگران موفق شدند با روش مشابه، غشاء بسیار نازکی را تا دمای منفی ۲۶۹ درجه سانتی‌گراد سرد کنند.

اما این پایان ماجرا نیست. Maxwell می‌گوید فناوری آن‌ها توانایی بازیافت گرمای استخراج‌شده را نیز دارد. به‌جای آنکه انرژی گرمایی از بین برود، می‌توان آن را به فوتون‌هایی تبدیل کرد که دوباره به برق تبدیل می‌شوند. این قابلیت می‌تواند بهره‌وری کلی انرژی در سیستم‌های پردازشی را افزایش دهد، هرچند میزان کارایی واقعی این فرایند هنوز مشخص نیست.

فناوری GaAs با همه‌ی جذابیت‌هایش، با چالش‌های بزرگی دست‌وپنجه نرم می‌کند. تولید ویفرهای فوق‌خالص GaAs فرایند بسیار پیچیده و پرهزینه‌ای است و به روش‌هایی مثل رشد اپیتاکسی با پرتو مولکولی (MBE) یا رسوب بخار شیمیایی فلز-آلی (MOCVD) نیاز دارد. طبق داده‌های WaferWorld، قیمت هر ویفر ۲۰۰ میلی‌متری GaAs به حدود ۵۰۰۰ دلار می‌رسد؛ درحالی‌که ویفر سیلیکونی با همین ابعاد فقط ۵ دلار قیمت دارد.