💎 Медь на пределе: чипы для ИИ примеряют алмазный теплоотвод
По данным Nvidia, теплопакет части её ИИ-чипов уже достигает 1400 Вт, а у GPU следующего поколения Rubin превысит 2300 Вт. Ускорители вышли на киловатты — воздушное охлаждение с медными теплоотводами подходит к физическому пределу: отводить тепло от горячих точек и не перегревать чип всё труднее, оценивают в отрасли.
Алмаз при комнатной температуре проводит тепло в 5 раз лучше меди и в 10 раз лучше алюминия. Металл переносит тепло свободными электронами, алмаз — колебаниями решётки. Вдобавок он изолятор: не даёт утечек тока, не мешает высокочастотным сигналам, а расширяется почти как кремний — чип не трескается от перепадов температуры. Так объясняет Сунь Чжаода из отделения сверхтвёрдых материалов Китайской ассоциации станкостроения.
Путей три. Монокристалл теплопроводнее всех: теоретически свыше 2000 Вт/(м·К). Но крупным его вырастить крайне трудно. Поликристалл даёт 1000–2200 Вт/(м·К), зато решает проблему размера: Huanghe Whirlwind объявила о 8-дюймовой пластине-теплоотводе и массовом выпуске, а гендиректор Пан Вэньлун считает этот путь более реалистичным. Композит — алмазный микропорошок с медью, алюминием или керамикой: тепла отводит меньше, но дешевле и вписывается в нынешнюю сборку чипов, поэтому быстрее всех выходит в серию; рынок он поддержит, но монокристалл не заменит, говорит Сунь Чжаода.
Узких мест два. Первое — выход годных: у теплоотводов он ниже 50%. Алмазную плёнку осаждают при 700–800 °C, кремниевая подложка при остывании деформируется, и партия уходит в брак. Компания подсчитала: рост выхода с 50% до 80–90% снизил бы себестоимость вдвое. Второе — размер: монокристалл крупнее 2 дюймов пока не выпускают серийно. Технологию проверили, появляются первые мелкие партии, а до массового применения, по общему мнению в отрасли, ещё три–пять лет: нужно отладить оборудование, сузить технологическое окно и пройти сертификацию.
При этом каждый второй алмаз в мире выращивают в Хэнани. Но теплоотвод — не абразив: от абразива ждут твёрдости и размера зерна, от функциональной детали — стабильной теплопроводности, ровной поверхности и совместимости с кремнием. Поэтому борьба идёт не за рекорд, а за размер, выход годных и сертификацию.