Российские физики в 20 раз повысили эффективность охлаждения чипов

Ученые из Томского политехнического университета и РАН разработали технологию лазерной модификации поверхностей, которая позволяет кратно увеличить отвод тепла в электронике. Метод решает проблему перегрева процессоров, ставшую главным препятствием для развития суперкомпьютеров и систем искусственного интеллекта.

Проблема избыточного тепловыделения остается одним из главных «бутылочных горлышек» в микроэлектронике: чем выше плотность транзисторов, тем сложнее отвести энергию от кристалла. Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) и Института физической химии и электрохимии РАН предложили изменить саму структуру теплопередающих материалов, чтобы сделать жидкостное охлаждение адресным.

Управление каплями с помощью лазера

Суть метода заключается в создании так называемых бифильных поверхностей на образцах из алюминиево-магниевого сплава. С помощью лазерного текстурирования и химической обработки ученые формируют на металле участки с разной степенью смачиваемости. Это позволяет точно направлять и удерживать капли охлаждающей жидкости в зонах чипа, которые испытывают наибольшие тепловые нагрузки.

По словам руководителя проекта Дмитрия Феоктистова, комбинированный подход — лазерная обработка и термолиз — позволяет повысить эффективность охлаждения при умеренных температурах в 20 раз. Эксперименты показали, что на таких поверхностях температура в приповерхностном слое падает в 6 раз быстрее, чем на обычных полированных деталях. Кроме того, технология сдвигает порог максимальной эффективности охлаждения в сторону более высоких температур — до 160 °C.

Зачем это полупроводниковой индустрии

Разработка критически важна для сегмента высокопроизводительных вычислений. Современные системы капельного охлаждения зачастую снижают температуру элементов лишь на 1–2 градуса, что недостаточно для дата-центров нового поколения.

Новое решение может стать базой для охлаждения:

• высокопроизводительных процессоров и графических ускорителей;
• стоек с ИИ-серверами, вес которых из-за плотности оборудования уже превышает 1,8 тонны;
• силовой электроники для беспилотного транспорта и робототехники.

Как отмечают исследователи, без внедрения адаптивных систем отвода тепла дальнейшее масштабирование вычислительных мощностей станет невозможным, так как традиционное воздушное и даже стандартное жидкостное охлаждение перестают справляться с нагрузками следующего поколения чипов.