Lượng điện năng khổng lồ mà các trung tâm dữ liệu tiêu thụ phần lớn không được dùng để vận hành máy tính một cách hiệu quả. Thay vào đó, nó bị lãng phí dưới dạng nhiệt năng, phát ra từ hàng trăm tỷ bóng bán dẫn bên trong mỗi con chip hiện đại. Theo kỹ sư điện R. Martin Roscheisen của Diamond Foundry, công ty chuyên sản xuất kim cương cho thiết bị điện tử, hơn một nửa năng lượng mà chip tiêu thụ bị thất thoát do dòng điện rò rỉ ở bóng bán dẫn. Điều này không chỉ làm giảm tuổi thọ của chip mà còn khiến chúng hoạt động kém hiệu quả hơn.
Roscheisen là một trong số nhiều kỹ sư đang nỗ lực phát triển phương pháp sử dụng các lát kim cương nhân tạo cực mỏng để hạ nhiệt cho chip. Kim cương, ngoài độ cứng vượt trội, còn có khả năng dẫn nhiệt cực kỳ tốt. Nhà hóa học vật lý Paul May từ Đại học Bristol (Anh) nhấn mạnh rằng kim cương sở hữu đặc tính dẫn nhiệt tốt nhất trong số tất cả các vật liệu đã biết. Đáng chú ý, kim cương dẫn nhiệt nhanh hơn gấp nhiều lần so với đồng, vật liệu thường được sử dụng trong các bộ tản nhiệt cho chip.
Khả năng dẫn nhiệt ấn tượng của kim cương bắt nguồn từ cấu trúc đặc biệt tạo nên độ cứng của nó: mỗi nguyên tử carbon liên kết chặt chẽ với bốn nguyên tử lân cận, không có liên kết yếu theo bất kỳ hướng nào. Các liên kết này cực kỳ hiệu quả trong việc truyền các rung động dẫn nhiệt qua mạng tinh thể.
Trong những năm gần đây, Diamond Foundry đã nghiên cứu phương pháp tạo ra một lớp kim cương mỏng có khả năng tản nhiệt và gắn nó vào mặt sau của tấm bán dẫn silicon tích hợp chip. Ưu điểm của phương pháp này là lớp kim cương mỏng được sản xuất từ tinh thể đơn lẻ, giúp tản nhiệt hiệu quả hơn so với các cụm tinh thể. Tuy nhiên, việc chế tạo lớp kim cương mỏng như vậy đòi hỏi kỹ thuật cao và do đó, chi phí cũng cao hơn.
Diamond Foundry sản xuất kim cương bằng cách tạo ra một loại khí cực nóng (plasma) giàu carbon và kích thích nó để các nguyên tử carbon lắng đọng theo cấu hình mong muốn. Một bước quan trọng là sắp xếp để mỗi viên kim cương kết tinh như thể nó đang phát triển trên một lớp kim cương có sẵn với trình tự hoàn hảo.
Sau khi tạo ra đĩa kim cương rộng khoảng 10 cm, công ty sử dụng một kỹ thuật độc quyền để làm phẳng bề mặt đến mức không có khiếm khuyết nào lớn hơn một nguyên tử trên toàn bộ bề mặt của tấm bán dẫn. Khách hàng sau đó có thể gắn tấm bán dẫn kim cương phẳng này vào đáy chip silicon. Theo Roscheisen, các lớp kim cương này có khả năng loại bỏ hoàn toàn các điểm nóng trên chip.
Bên cạnh Diamond Foundry, Element Six, một công ty con của tập đoàn De Beers, cũng sản xuất kim cương cho mục đích công nghiệp và làm mát chip, đặc biệt là cho các thiết bị liên lạc vô tuyến công suất lớn, bao gồm cả vệ tinh. Hiện tại, Element Six đang mở rộng thị trường, hướng đến việc sử dụng kim cương để làm mát chip máy tính.
Vào tháng 1 vừa qua, Element Six đã giới thiệu một vật liệu mới, một hợp chất lai giữa kim cương và đồng. Vật liệu này có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn đồng nguyên chất nhưng lại có giá thành rẻ hơn kim cương. Hợp chất kim cương – đồng này hứa hẹn mang đến một giải pháp quản lý nhiệt tối ưu cho các chip thế hệ mới, giúp chúng chạy nhanh hơn, kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí làm mát cho các trung tâm dữ liệu.
Admin
Nguồn: VnExpress
