Технология многоядерных 3D-CPU с революционным охлаждением

По достижении температуры около 85° С значительно повышается вероятность нестабильной работы полупроводниковых компонентов, в том числе процессоров. Чтобы преодолеть этот лимит, исследователями из Федеральной политехнической школы Лозанны (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL) в сотрудничестве с IBM предложено в рамках проекта CMOSAIC решение с использованием технологии многоядерных чипов. Большинство из сегодняшних ПК имеют гордое обозначение "двухъядерный" или "четырёхъядерный". Тем не менее, в своё время наращивание производительности путём увеличения количества ядер на кристалле столкнётся с теми же ограничениями, что характерны для повышения степени интеграции одного ядра.

Трёхмерные процессоры основаны на идее многоядерных чипов. Но размещаются они иным способом – вертикально, а не бок о бок. Преимущество в том, что вся поверхность одного вычислительного элемента может быть подключена к следующему слою с количеством соединений до 100 тыс. на мм². Множество коротких проводников приведут к повышению пропускной способности между ядрами, снижению энергопотребления и тепловыделения. Как объясняет Джон Р. Том (John R. Thome) из EPFL, цель не только в увеличении быстродействия, но и в сохранении окружающей среды: "В США вычислительные центры уже потребляют 2% всей энергии. С удвоением этого показателя каждые пять лет суперкомпьютеры в 2100 году теоретически будут нуждаться во всём вырабатываемом в Штатах электричестве".

3D-процессоры используют меньше энергии и генерируют меньше тепла, но они всё же далеки от комнатной температуры. Том разрабатывает революционную систему охлаждения, способную значительно понизить тепловыделение. Ключевой элемент – расположенные между слоями трёхмерного чипа каналы диаметром 50 нм. Они заполнены охлаждающей жидкостью, нагревающейся на выходе из CPU до состояния пара. Затем он конденсируется, и жидкость снова подаётся в процессор. Прототип технологии должен быть протестирован в следующем году. А до внедрения в потребительскую электронику пройдёт несколько лет. Предполагается, что 3D-процессоры попадут в недра суперкомпьютеров к 2015 году, а решения с инновационным охлаждением появятся на рынке к 2020 г.