Алмаз жылуын басқару: жасанды интеллект чипінің қызу мәселелерін шешудің кілті

Жасанды интеллект есептеулеріндегі жасырын кедергілер

2026 жылы жасанды интеллект есептеулері енді тек өңдеу қуатымен шектелмейді. Нағыз кедергі жылудың таралуы.

Қазіргі заманғы жоғары өнімді графикалық процессорлар асып түсуі мүмкін Әр чип үшін 2000 Вт, ал жылу ағынының тығыздығы ...-ға жетеді 1000 Вт/см²Бұл деңгейде мыс жылу қабылдағыштар, алюминий құрылымдар және сұйық салқындату сияқты дәстүрлі салқындату шешімдері өздерінің физикалық шегіне жақындап келеді.

Нәтижесінде, жылуды басқару келесі буын жасанды интеллект жабдықтарындағы ең маңызды міндеттердің біріне айналды.

Бұл саланың серпінді материалға деген қызығушылығын арттырады: гауһар.

Неліктен Алмаз?

Алмаз - тек ең берік материал ғана емес, сонымен қатар табиғаттағы ең жақсы жылу өткізгіштердің бірі.

Оның жылу өткізгіштігі жетеді 2000–2600 Вт/(м·К):

• Мыстан ~5 есе жоғары
• Алюминийден ~10 есе жоғары
• Кремнийден ~13 есе жоғары

Алмаздағы жылу негізінен келесі жолмен беріледі фонондар (торлы тербелістер), оның күшті sp³ ковалентті құрылымымен қамтамасыз етілген.

Жоғары жылу өткізгіштіктен басқа, алмас үш негізгі артықшылықты ұсынады:

• Төмен термиялық кеңею→ Si, SiC және GaN үйлесімді
• Электр оқшаулағышы→ сигнал кедергісін болдырмайды
• Жоғары тұрақтылық→ төтенше жағдайларда сенімді

Бұл комбинация алмасты озық жартылай өткізгіш термиялық басқару үшін өте қолайлы етеді.

Неліктен жылуды басқару маңызды

Жылу өнімділігі чиптің сенімділігіне тікелей әсер етеді.

Салалық деректер мынаны көрсетеді:

• Әр 1°C жоғарылауысенімділікті шамамен төмендетуі мүмкін 5% 
• Жоғарыда жоғары ақаулық қаупі орын алады 70–80°C
• Аяқталған Электрондық ақаулардың 50%-ықызып кетумен байланысты

Көп жағдайда салқындату тиімділігін арттыру есептеу қуатын арттырудан гөрі маңыздырақ.

Міне, сондықтан гауһар термиялық ерітінділер қазірдің өзінде қолданылады аэроғарыш, қорғаныс және спутниктік жүйелер, мұнда сенімділік маңызды.

Алмаз термиялық технологияларының үш негізгісі

1. Алмаз/мыс композиттері (жаппай өндіріс кезеңі)

Қазіргі уақытта бұл ең коммерцияланған шешім.

Алмаз бөлшектері жоғары өнімді композиттерді қалыптастыру үшін мысқа немесе алюминийге енгізіледі.

Өнімділік:

• Жылу өткізгіштігі: 500–1000 Вт/(м·К)

Қолданбалар:

• Электр көліктерінің қуат модульдері
• Сервердің қуат жүйелері
• Жоғары қуатты жарықдиодты шамдар

Бұл бағыт құны мен өнімділігінің тепе-теңдігіне байланысты алғашқы ірі көлемде өнеркәсіптік енгізуде көш бастап тұр.

2.CVD гауһар жылу таратқыштары (жоғары сапалы жасанды интеллект шешімі)

CVD (химиялық бу тұндыру) алмасы ең жоғары термиялық өнімділікті қамтамасыз етеді.

Өнімділік:

• Дейін 2200 Вт/(м·К)(монокристалды алмас)

Негізгі мүмкіндіктер:

• Өте жоғары тазалық
• Жылу таратудың тамаша қабілеті
• Жетілдірілген жартылай өткізгіш қаптамамен үйлесімді

Қолданбалар:

• AI GPU және HPC чиптері
• РФ және GaN құрылғылары
• Жетілдірілген жартылай өткізгіш қаптама

2026 жылы, 8 дюймдік CVD гауһар жылу таратқыш өндіріс желілеріөнеркәсіптік ауқымды өндіріске еніп, коммерцияландырудың маңызды кезеңін белгіледі.

3. Чип деңгейіндегі гауһар интеграциясы (болашақ бағыт)

Ұзақ мерзімді мақсат - алмазды өсіру немесе байланыстыру әдістері арқылы тікелей чиптерге біріктіру.

Бұл жылу интерфейсінің кедергісін жояды және чиптің өзегінен тікелей жылуды алуға мүмкіндік береді.

Дегенмен, қиындықтар әлі де бар:

• Материалдың кремний және GaN-мен сәйкес келмеуі
• Күрделі өндіріс процестері
• Өндірістің жоғары құны

Осыған қарамастан, алғашқы зерттеулер қазірдің өзінде көрсетті температураның 20°C-тан жоғары төмендеуі, күшті әлеуетті дәлелдейді.

Қолданбаларды кеңейту

Жасанды интеллект және деректер орталықтары

Жасанды интеллект чиптері шамадан тыс жылу жүктемелерін тудырады. Алмаз жылу материалдары жұмыс температурасын айтарлықтай төмендетіп, жүйенің тұрақтылығын жақсарта алады.

Электр көліктері

Электр көліктеріндегі қуат модульдері (SiC және IGBT) тиімді жылу таратуды қажет етеді. Алмаз композиттері инверторлық жүйелерде барған сайын сыналуда.

5G және радиожиілік құрылғылары

Базалық станциялардағы жоғары қуатты GaN компоненттері жылуды бақылауды жақсарту үшін алмас негіздерін пайдаланады.

Аэроғарыш және спутниктер

Алмаз экстремалды жағдайларда теңдессіз сенімділігіне байланысты ғарыш жүйелерінде қазірдің өзінде қолданылады.

Қиындықтар мен шығындар кедергілері

Күшті өнімділік артықшылықтарына қарамастан, гауһар термиялық технологиясы әлі де қиындықтарға тап болады:

• Жоғары құны(қазіргі уақытта 10–20× мыс ерітінділері)
• Кешенді өңдеу(лазерлік кесу және микроөңдеу қажет)
• Масштабтау қиындығыүлкен аумақтағы форма өндірісі үшін

Дегенмен, шығындар келесі себептерге байланысты төмендейді:

• Жүрек-қан тамырлары жабдықтарын локализациялау
• Тұндыру тиімділігін жақсарту
• Өндіріс көлемін ұлғайту
• Жасанды интеллектпен оңтайландырылған процесті басқару