Algunas leyes están hechas para romperse y otros están hechos para ser seguidos. Un equipo de investigadores de IBM, en colaboración con dos socios suizos, busca mantener viva y sana una ley en particular durante otros 15 años:la ley de Moore. La ley establece que el número de transistores que se pueden colocar de forma económica en un circuito integrado se duplicará cada 18 meses. Más de 50 años, esta ley sigue en vigor, pero extenderlo hasta 2020 requerirá un cambio de una simple escala de transistores a arquitecturas de empaque novedosas como la llamada integración 3D, la integración vertical de chips.
Hacer que las patatas fritas se enfríen de nuevo
La semana pasada, IBM, La École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) y el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zurich (ETH) firmaron un proyecto colaborativo de cuatro años llamado CMOSAIC para comprender cómo las últimas técnicas de enfriamiento de chips pueden soportar una arquitectura de chip 3D. A diferencia de los procesadores actuales, el proyecto CMOSAIC considera una arquitectura de pila 3D de múltiples núcleos con una densidad de interconexión de 100 a 10, 000 conexiones por milímetro cuadrado. Los investigadores creen que estas pequeñas conexiones y el uso de Los microcanales de refrigeración líquida que miden solo 50 micrones de diámetro entre los chips activos son los eslabones que faltan para lograr una computación de alto rendimiento con las futuras pilas de chips 3D.
"En los Estados Unidos, Los centros de datos ya consumen el dos por ciento de la electricidad disponible y el consumo se duplica cada cinco años. En teoria, a este ritmo, una supercomputadora en el año 2050 requerirá toda la producción de la red energética de los Estados Unidos, "dijo el profesor John R. Thome, profesor de transferencia de calor y masa en EPFL y coordinador del proyecto CMOSAIC. Las pilas de chips 3D con enfriamiento entre capas no solo ofrecen un mayor rendimiento, pero mas importante, permiten sistemas con una eficiencia mucho mayor, evitando así la situación en la que las supercomputadoras consumen demasiada energía para ser asequibles.
Desafíos 3D
El equipo de CMOSAIC se enfrenta a una serie de desafíos formidables, pero el progreso reciente en todos los frentes está dando al equipo de investigación confianza para seguir adelante. Por ejemplo, El progreso en la fabricación de vías a través de silicio ha abierto nuevas vías para interconexiones de matriz de área de alta densidad entre procesadores apilados y chips de memoria. Dichos circuitos integrados en 3D son extremadamente atractivos para superar el cuello de botella del ancho de banda entre la memoria central y la memoria caché. ofreciendo una oportunidad para extender el desempeño CMOS y las tendencias de eficiencia por otra década.
Al integrar un sistema muy grande en un chip (SoC) en múltiples niveles, se reduce la distancia media entre los componentes del sistema, lo que mejorará tanto la eficiencia como el rendimiento. Sin embargo, el desafío de eliminar el calor generado a medida que los volúmenes de virutas se hacen cada vez más pequeños es ahora el problema clave. El concepto general es contrario a la intuición:las densidades de potencia más altas que podemos permitir, cuanto mayor sea la eficiencia de un sistema futuro.
Para resolver el desafío de la refrigeración, el equipo está aprovechando la experiencia de IBM y ETH en el desarrollo de Aquasar, un primero de su tipo, superordenador refrigerado por agua.
Similar a Aquasar, el equipo planea diseñar microcanales con sistemas de enfriamiento de líquido monofásico y de dos fases usando nano-superficies que conducen refrigerantes, incluyendo agua y refrigerantes amigables con el medio ambiente, a unos pocos milímetros del chip para absorber el calor, como una esponja, y sácalo. Una vez que el líquido sale del circuito en forma de vapor, un condensador lo devuelve a un estado líquido, donde luego se bombea de nuevo al procesador, completando así el ciclo.
"Como demostraremos con ETH en el proyecto Aquasar, El empleo de microcanales que transportan refrigerantes líquidos ofrece una ventaja significativa para abordar los desafíos de eliminación de calor. y esto debería conducir a sistemas 3D prácticos, "dijo Bruno Michel, gerente de embalaje térmico avanzado, IBM Research - Zúrich. "El agua como refrigerante tiene la capacidad de capturar calor alrededor de 4, 000 veces más eficiente que el aire, y sus propiedades de transporte de calor también son muy superiores. "El enfriamiento a nivel de chip con una temperatura del agua de aproximadamente 60 ° C es suficiente para mantener el chip a temperaturas de funcionamiento muy por debajo de los 85 ° C máximos permitidos. La alta temperatura de entrada del refrigerante da como resultado un calor de grado aún mayor como salida, que en este caso será de unos 65 ° C.
