వజ్రపు ఉష్ణ నిర్వహణ: ఏఐ చిప్ ఉష్ణ సవాళ్లను పరిష్కరించడానికి కీలకం

AI కంప్యూటింగ్‌లో దాగి ఉన్న అవరోధం

2026లో, ఏఐ కంప్యూటింగ్ ఇకపై కేవలం ప్రాసెసింగ్ శక్తికి మాత్రమే పరిమితం కాదు. అసలైన అడ్డంకి ఏమిటంటే... ఉష్ణ విసర్జన.

ఆధునిక అధిక-పనితీరు గల GPUలు మించగలవు ఒక్కో చిప్‌కు 2000Wఅయితే ఉష్ణ ప్రవాహ సాంద్రతలు పైకి చేరుకుంటాయి 1000 W/cm²ఈ స్థాయిలో, రాగి హీట్ సింక్‌లు, అల్యూమినియం నిర్మాణాలు మరియు ద్రవ శీతలీకరణ వంటి సాంప్రదాయ శీతలీకరణ పరిష్కారాలు వాటి భౌతిక పరిమితులను చేరుకుంటున్నాయి.

ఫలితంగా, తదుపరి తరం AI హార్డ్‌వేర్‌లో ఉష్ణ నిర్వహణ అత్యంత కీలకమైన సవాళ్లలో ఒకటిగా మారింది.

ఇది ఒక అద్భుతమైన పదార్థంపై పరిశ్రమలో బలమైన ఆసక్తిని రేకెత్తిస్తోంది: వజ్రం.

వజ్రం ఎందుకు?

వజ్రం మనకు తెలిసిన పదార్థాలలో అత్యంత కఠినమైనది మాత్రమే కాదు, ప్రకృతిలో అత్యుత్తమ ఉష్ణ వాహకాలలో ఒకటి కూడా.

దీని ఉష్ణ వాహకత చేరుకుంటుంది 2000–2600 W/(m·K):

• రాగి కంటే సుమారు 5 రెట్లు ఎక్కువ
• అల్యూమినియం కంటే సుమారు 10 రెట్లు ఎక్కువ
• సిలికాన్ కంటే ~13 రెట్లు ఎక్కువ

వజ్రంలో ఉష్ణం ప్రధానంగా దీని ద్వారా బదిలీ చేయబడుతుంది ఫోనాన్లు (జాలక కంపనాలు)దాని బలమైన sp³ సమయోజనీయ నిర్మాణం వల్ల సాధ్యమైంది.

అధిక ఉష్ణ వాహకతతో పాటు, వజ్రం మూడు కీలక ప్రయోజనాలను కూడా అందిస్తుంది:

• తక్కువ ఉష్ణ వ్యాకోచం→ Si, SiC మరియు GaN లకు అనుకూలమైనది
• విద్యుత్ ఇన్సులేషన్→ సిగ్నల్ అంతరాయాన్ని నివారిస్తుంది
• అధిక స్థిరత్వం→ తీవ్రమైన పరిస్థితులలో నమ్మదగినది

ఈ కలయిక అధునాతన సెమీకండక్టర్ ఉష్ణ నిర్వహణకు వజ్రాన్ని ఆదర్శంగా చేస్తుంది.

ఉష్ణ నిర్వహణ ఎందుకు ముఖ్యమైనది

ఉష్ణ పనితీరు చిప్ విశ్వసనీయతను నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది.

పరిశ్రమ డేటా ఇలా చూపిస్తుంది:

• ప్రతి 1°C పెరుగుదలవిశ్వసనీయతను సుమారుగా తగ్గించగలదు 5% 
• పైన అధిక వైఫల్య ప్రమాదం ఏర్పడుతుంది 70–80°C
• పైగా 50% ఎలక్ట్రానిక్ వైఫల్యాలువేడెక్కడంతో సంబంధం కలిగి ఉంటాయి

చాలా సందర్భాలలో, కంప్యూటింగ్ శక్తిని పెంచడం కంటే శీతలీకరణ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడమే ముఖ్యం.

అందుకే డైమండ్ థర్మల్ సొల్యూషన్స్ ఇప్పటికే ఉపయోగించబడుతున్నాయి ఏరోస్పేస్, రక్షణ మరియు ఉపగ్రహ వ్యవస్థలువిశ్వసనీయత అత్యంత కీలకమైన చోట.

మూడు ప్రధాన వజ్ర ఉష్ణ సాంకేతికతలు

1. వజ్రం/రాగి మిశ్రమాలు (భారీ ఉత్పత్తి దశ)

ప్రస్తుతం ఇది అత్యంత వాణిజ్యీకరించబడిన పరిష్కారం.

అధిక పనితీరు గల మిశ్రమ పదార్థాలను రూపొందించడానికి వజ్ర కణాలను రాగి లేదా అల్యూమినియంలో పొందుపరుస్తారు.

పనితీరు:

• ఉష్ణ వాహకత: 500–1000 W/(m·K)

అప్లికేషన్లు:

• EV పవర్ మాడ్యూల్స్
• సర్వర్ పవర్ సిస్టమ్స్
• అధిక శక్తి గల LEDలు

ఖర్చు మరియు పనితీరు మధ్య సమతుల్యత కారణంగా ఈ మార్గం తొలి దశలోనే భారీ పారిశ్రామిక వినియోగానికి దారితీస్తోంది.

2. సివిడి డైమండ్ హీట్ స్ప్రెడర్లు (హై-ఎండ్ ఏఐ సొల్యూషన్)

CVD (కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్) వజ్రం అత్యధిక ఉష్ణ పనితీరును అందిస్తుంది.

పనితీరు:

• వరకు 2200 W/(m·K)(ఏకస్ఫటిక వజ్రం)

ప్రధాన లక్షణాలు:

• అత్యధిక స్వచ్ఛత
• అద్భుతమైన ఉష్ణ వ్యాప్తి సామర్థ్యం
• అధునాతన సెమీకండక్టర్ ప్యాకేజింగ్‌కు అనుకూలమైనది

అప్లికేషన్లు:

• AI GPUలు మరియు HPC చిప్‌లు
• RF మరియు GaN పరికరాలు
• అధునాతన సెమీకండక్టర్ ప్యాకేజింగ్

2026లో, 8-అంగుళాల CVD డైమండ్ హీట్ స్ప్రెడర్ ఉత్పత్తి లైన్లుపారిశ్రామిక స్థాయి ఉత్పత్తిలోకి ప్రవేశించడం, వాణిజ్యీకరణలో ఒక కీలక మైలురాయిగా నిలిచింది.

3. చిప్-స్థాయి డైమండ్ ఇంటిగ్రేషన్ (భవిష్యత్ దిశ)

గ్రోత్ లేదా బాండింగ్ పద్ధతుల ద్వారా వజ్రాన్ని నేరుగా చిప్‌లలో పొందుపరచడమే దీర్ఘకాలిక లక్ష్యం.

ఇది థర్మల్ ఇంటర్‌ఫేస్ నిరోధకతను తొలగించి, చిప్ కోర్ నుండి నేరుగా వేడిని వెలికితీయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.

అయితే, సవాళ్లు మిగిలి ఉన్నాయి:

• సిలికాన్ మరియు GaN లతో పదార్థ అసమతుల్యత
• సంక్లిష్టమైన తయారీ ప్రక్రియలు
• అధిక ఉత్పత్తి వ్యయం

అయినప్పటికీ, ప్రాథమిక పరిశోధన ఇప్పటికే చూపించింది 20°C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత తగ్గుదలబలమైన సామర్థ్యాన్ని నిరూపిస్తోంది.

అప్లికేషన్లను విస్తరించడం

AI మరియు డేటా సెంటర్లు

AI చిప్‌లు తీవ్రమైన ఉష్ణ భారాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తాయి. డైమండ్ థర్మల్ మెటీరియల్స్ నిర్వహణ ఉష్ణోగ్రతలను గణనీయంగా తగ్గించి, సిస్టమ్ స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి.

విద్యుత్ వాహనాలు

EVలలోని పవర్ మాడ్యూల్స్‌కు (SiC మరియు IGBT) సమర్థవంతమైన ఉష్ణ వెదజల్లుడు అవసరం. ఇన్వర్టర్ సిస్టమ్‌లలో డైమండ్ కాంపోజిట్‌లను ఎక్కువగా పరీక్షిస్తున్నారు.

5G మరియు RF పరికరాలు

బేస్ స్టేషన్లలోని అధిక-శక్తి GaN కాంపోనెంట్లు మెరుగైన ఉష్ణ నియంత్రణ కోసం డైమండ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల నుండి ప్రయోజనం పొందుతాయి.

ఏరోస్పేస్ మరియు ఉపగ్రహాలు

అత్యంత క్లిష్ట పరిస్థితులలో కూడా సాటిలేని విశ్వసనీయతను కలిగి ఉండటం వలన వజ్రాన్ని ఇప్పటికే అంతరిక్ష వ్యవస్థలలో ఉపయోగిస్తున్నారు.

సవాళ్లు మరియు వ్యయ అవరోధాలు

బలమైన పనితీరు ప్రయోజనాలు ఉన్నప్పటికీ, డైమండ్ థర్మల్ టెక్నాలజీ ఇప్పటికీ సవాళ్లను ఎదుర్కొంటోంది:

• అధిక ధర(ప్రస్తుతం 10–20× రాగి ద్రావణాలు)
• సంక్లిష్టమైన ప్రాసెసింగ్(లేజర్ కటింగ్ మరియు మైక్రోమెషీనింగ్ అవసరం)
• స్కేలింగ్ కష్టంపెద్ద విస్తీర్ణంలో ఏకరీతి ఉత్పత్తి కోసం

అయితే, ఈ క్రింది కారణాల వల్ల ఖర్చులు తగ్గుతున్నాయి:

• CVD పరికరాల స్థానికీకరణ
• మెరుగైన నిక్షేపణ సామర్థ్యం
• ఉత్పత్తి స్థాయిని పెంచడం
• AI-ఆప్టిమైజ్డ్ ప్రాసెస్ కంట్రోల్