Компьютерра, 2009 № 07 (771) - страница 7

Удивительные свойства бора объясняются его специфической электронной структурой, в которой три валентных электрона, с одной стороны, придают этому элементу свойства металлов, а с другой - достаточно сильно локализованы, вследствие чего бор тяготеет к диэлектрикам. Эта особенность и способствует его удивительным превращениям. Тонкий баланс между металлом и диэлектриком легко изменить, меняя давление, температуру или добавляя немного примесей.

Последствия таких изменений были проверены в тонких компьютерных расчетах, предсказавших существование новой стабильной фазы бора при давлении от 190 до 890 тысяч атмосфер и температуре более полутора тысяч градусов. И эти предсказания блестяще подтвердились в экспериментах.

До сих пор все известные структуры бора состояли из кластеров по 12 атомов бора, внутри которых атомы соединяются металлической связью, а сами кластеры - ковалентной, что и обуславливает диэлектрические свойства бора. В новой фазе в элементарной ячейке кристалла находится 28 атомов. Фаза состоит из обычных кластеров B12 и пар B2, которые образуют нечто похожее на ионный кристалл, подобный обычной поваренной соли. По сути дела, из единственного элемента, коим выступает бор, удалось получить полноценное соединение, в котором многое определяется именно обменом зарядами, но не между различными атомами, а между кластерами B12 и парами B2.

Инженеры корпорации Intel вместе с сотрудниками Ари-зонского университета и компании Nextreme Thermal Solutions встроили в чип эффективный термоэлектрический кулер. Опытный образец устройства позволяет охлаждать горячие области процессора примерно на 15 градусов.

Не секрет, что чем мощнее становятся чипы, тем больше проблем возникает с их охлаждением. А от рабочей температуры процессоров существенно зависит надежность и производительность компьютеров. В фотонных устройствах эти проблемы стоят еще острее: если отдельные области обычного электронного чипа способны выделять больше трехсот ватт на квадратный сантиметр поверхности, то у полупроводниковых лазеров этот показатель может быть в три раза выше. Не лучше обстоят дела и в чипах-лабораториях для химических и биологических анализов.

Сегодня процессоры охлаждаются с помощью внешних устройств вроде традиционных радиаторов и вентиляторов. Но на самом деле тепловыделение чипа крайне неравномерно и сосредоточено в так называемых горячих точках. Кроме того, оно быстро изменяется со временем в зависимости от характера решаемых задач. Поэтому медленное равномерное охлаждение оказывается неэффективным. Достаточно сказать, что в современных центрах обработки данных на охлаждение тратится энергия, сопоставимая с той, что используется для самих вычислений. Но если охлаждать чип только там, где это действительно нужно, то затраты энергии можно существенно снизить. Для этого кулер придется встроить прямо в чип над возможными горячими точками и включать его только в определенные моменты.

Однако воплотить эту очевидную схему в жизнь не так просто, даже несмотря на постоянное совершенствование термоэлектрических преобразователей и создание качественных нанокомпозитов. Кулер нелегко вписать в конструкцию обычного процессора, а коренным образом менять технологию упаковки чипов слишком накладно. В новых экспериментах удалось изготовить тонкопленочный термоэлектрический кулер на основе наномассива из теллурида висмута и встроить его в тестовый чип над горячей точкой размером 7х7 мм. Устройство поместили между чипом и медной пластиной обычного распределителя тепла. Эксперименты показали, что, даже не будучи включенным, кулер снижал температуру горячей точки на семь градусов. А если через него пропускали ток в три ампера, температура снижалась на пятнадцать градусов. И это уже отличный результат.

К сожалению, новая конструкция еще далека от требований массового производства. У кулеров наблюдается большой разброс параметров, да и слишком велики потери на контактных термических сопротивлениях, качество которых быстро деградирует. Поэтому ученым еще есть над чем поработать, и о коммерциализации новой технологии речь пока не идет. ГА