رایانه‌های آینده با شبکه های نانوساختار خنک می‌شوند

با بالا رفتن توان تراشه‌های رایانه، گرمای آن نیز افزایش می‌یابد. بخشی از توانی
که در یک تراشه جریان می‌یابد، به‌صورت گرما هدر می‌رود، که بر عملکرد تراشه تأثیر
می‌گذارد؛ لذا روش‌های سرد کردن ترانزیستور‌ها همیشه یک بخش مهم از صنعت نیمه‌هادی
بوده‌است. هم‌اکنون محققان در آمریکا موفق به یکپارچه‌سازی سردکننده‌های
ترموالکتریکی ساخته‌شده از ابر شبکه‌های لایه‌ی نازک مبتنی بر مواد نانوساختار در
بسته‌های الکترونیکی شدند.

محققان اخیراً برای سرد نگه ‌داشتن تراشه‌ها به دنبال راهبردهای هوشمندانه‌تر
هستند، بر همین اساس محققان اینتل و دانشگاه ایالتی آریزونا موفق به ساخت نوعی
سردکننده‌ی ترموالکتریکی شده‌اند که هنگام عبور جریان در سراسر آن، گرما را به
بیرون این تراشه پمپ می‌کند. این سردکننده می‌تواند دمای یک نقطه‌ی گرم کوچک
روی یک تراشه بزرگ را تا حدود ۱۵oC کاهش دهد.
از جمله نکات کلیدی عملکرد این افزاره می‌توان به تمرکز این محققان بر روی سرد
کردن فقط گرم‌ترین نقاط سطح تراشه اشاره کرد؛ چرا که تمرکز روی این نقاط گرم در
مقایسه با تلاش‌ برای سرد کردن کل تراشه، راهبرد مؤثرتری به شمار می‌رود،
همچنین این محققان با توجه به این نکته که استفاده ا ز نانومواد منجر به افزایش
بازده می‌شود، اقدام به ساخت این افزاره با استفاده از لایه‌های نانومقیاس مواد
کرده‌اند؛ این در حالی است که به‌دلیل مشکلات زیاد در امر یکپارچه‌سازی
نانومواد داخل افزاره‌های میکرومقیاس و سیستم‌های ماکرومقیاس ِفشرده، استفاده
از این نانومواد را محدود کرده بود.
این سردکننده‌ی ترموالکتریکی شامل یک نانوساختار ابرشبکه‌ای است که از بیسموت،
تلوریوم، آنتیموان و سلنیوم ساخته شده‌است. این نانوساختار گرما را از طرف پشتی
تراشه به یک پخش‌کننده‌ی مرسوم گرما در طرف جلویی تراشه پمپ می‌کند. این
پخش‌کننده نیز برای انتقال گرما و سرد کردن تراشه از فرایند هم‌رفت استفاده
می‌کند.
این محققان در آزمایش‌های خود نقطه‌ی گرمی را روی تراشه (با یک شار حرارتی حدود
۱۳۰۰ وات در سانتی‌متر مربع که بسیار بالاتر از چیزی است که معمولاً در یک
ریزپردازشگر یافت می‌شود) ایجاد کردند. حتی قبل از توان ‌دادن به این
نانوساختار ابرشبکه‌ای ترموالکتریکی، این سردکننده می‌تواند دمای این نقطه‌ی
گرم را ۶oC کاهش دهد. بعد از توان‌ دادن به این سردکننده‌ی ترموالکتریکی دمای
این نقطه‌ی گرم حدود ۱۵oC کاهش می‌یابد.
این محققان توضیح می‌دهند که این روش ترموالکتریکی می‌تواند در سرد کردن
تراشه‌های موجود در رایانه‌های نسل آینده راه‌حل‌هایی را ارائه نماید. در این
رایانه‌ها سرد کردن نقاط گرم روی پردازشگر برای بهبود عملکرد بسیار ضروری خواهد
بود. عملکرد ترانزیستورها موقعی که سردترند، سریع‌تر خواهد بود، همچنین به‌دلیل
اینکه تغییرات زیاد دما سبب تنش‌های مکانیکی می‌شود، در دراز مدت این تغییرات
می‌تواند باعث آسیب‌ دیدن آنها شود.
راهبردهای ترموالکتریکی ممکن است به سرد کردن تراشه‌های موجود در افزاره‌های
قابل ‌حمل از قبیل تلفن‌های همراه هوشمند چند عملکردی (که داده‌ها را باید خیلی
سریع پردازش کنند) نیز کمک کند.
این محققان نتایج خود را در مجله‌ی Nanotechnology Nature منتشر کرده‌اند.