Российские физики придумали термоинтерфейсы, способные эффективно охлаждать оптоэлектронные процессоры. Рост рабочей температуры таких устройств до сотен градусов Цельсия препятствует освоению их коммерческого применения. Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) нашли способ решения проблемы перегрева оптоэлектронных процессоров, способных работать в десятки раз быстрее по сравнению с современными чипами. Об этом сообщили в пресс-службе МФТИ.

Производительность современных процессоров определяется не только количеством, конструкцией транзисторов и тактовой частотой, но и скоростью обмена данными между ядрами. На сегодняшний день этот обмен осуществляется с помощью медных проводников, пропускная способность которых не позволит наращивать быстродействие бесконечно. На помощь приходят фотоны вместо электронов. Однако из-за дифракции фотонные компоненты не получается уменьшать так же легко, как электронные. Их размер не может быть меньше величины приблизительно равной длине волны света (1000 нм), тогда как размер транзистора в современных процессорах уже достиг 14 нм.

Данная проблема может быть решена переходом от объемных электромагнитных волн к плазмон-поляритонам — электромагнитным волнам, способным распространяться вдоль поверхности металлов.  Главным препятствием здесь является поглощение поверхностных плазмон-поляритонов в металле, что ведет к разогреву компонентов. Этот эффект аналогичен сопротивлению в электронике, где электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Физики из МФТИ Дмитрий Федянин и Андрей Вишневый нашли способ решения этой проблемы. Они разработали высокоэффективные термоинтерфейсы, представляющие собой слои теплопроводящих материалов, способных эффективно отводить тепло от компонентов оптоэлектронных микропроцессоров. 

«По результатам компьютерного моделирования Федянин и Вишневый сделали вывод: если оптоэлектронный чип с активными плазмонными волноводами разместить в воздухе, то его температура повысится на несколько сотен градусов Цельсия, что приведет к неработоспособности устройства. Многослойные термоинтерфейсы нано- и микрометровой толщины в сочетании с простыми системами охлаждения способны уменьшить температуру чипа с нескольких сотен до приблизительно 10 градусов Цельсия, относительно температуры окружающей среды. Это открывает широкие перспективы использования оптоэлектронных процессоров: от суперкомпьютеров до компактных электронных устройств», — говорится в сообщении пресс-службы МФТИ.

Работа российских исследователей поддержана грантом Российского научного фонда и программой повышения конкурентоспособности МФТИ «5-100», ее результаты были опубликованы в журнале ACS Photonics. 

Сергей Попсулин, Cnews