Os chips do futuro estão sendo testados em diamantes – os diamantes sintéticos se tornarão o novo padrão de resfriamento.

A velha piada sobre o amor das meninas por diamantes soa diferente hoje em dia. Os chips de computador estão se tornando os melhores amigos dos diamantes. Este material tem uma das maiores condutividades térmicas do mundo, várias vezes maior que o cobre puro. À medida que o poder de computação de processadores e aceleradores aumenta, a geração de calor também aumenta, e agora os diamantes podem resolver parcialmente o problema do superaquecimento, tornando-se o radiador ideal do futuro.

Fonte da imagem: Diamond Foundry

Os microchips modernos contêm centenas de bilhões de transistores, e uma parcela significativa de sua energia é perdida devido à corrente de fuga. Isso causa superaquecimento, reduz a eficiência e encurta a vida útil dos dispositivos. Esse problema é particularmente grave em data centers, onde o resfriamento exige cada vez mais energia e dinheiro. Sem soluções radicalmente novas, o consumo de energia da infraestrutura de TI corre o risco de sair do controle, tornando a busca por materiais alternativos para dissipação de calor uma prioridade fundamental do setor. Os diamantes sintéticos oferecem uma promessa especial nesse sentido.

A alta condutividade térmica do diamante se deve à sua estrutura cristalina: cada átomo de carbono está ligado a quatro átomos vizinhos, garantindo a transferência eficiente de vibrações térmicas — quasipartículas chamadas fônons — em todas as direções. Dissipadores de calor de diamante já estão sendo usados ​​em eletrônica espacial e outras aplicações críticas de confiabilidade e, nos próximos anos, tecnologias semelhantes podem surgir em dispositivos de consumo, de PCs a smartphones.

Uma das empresas líderes nessa área é a Diamond Foundry, com sede no sul de São Francisco. Ela produz filmes ultrafinos de diamante monocristalino que são depositados em wafers de silício. Os diamantes sintéticos são cultivados por deposição química de vapor (CVD) com plasma de carbono e, em seguida, polidos para atingir uma estrutura cristalina perfeita. Os discos resultantes, com até 10 cm de diâmetro, são retificados até a espessura atômica, permitindo que adiram o mais próximo possível da superfície do cristal e removam efetivamente o calor dos pontos quentes do chip.

Esta solução melhoraO desempenho e a durabilidade dos microchips sem a necessidade de sistemas de resfriamento massivos, embora o custo permaneça alto devido à complexidade de fabricação. Soluções híbridas também estão sendo desenvolvidas — por exemplo, dissipadores de calor de diamante e cobre, apresentados este ano pela Element Six (parte do grupo De Beers). Projetos semelhantes já são utilizados em telecomunicações e engenharia aeroespacial, e agora estão entrando no mercado de computação, como relatamos anteriormente.

Fonte da imagem: Element Six

No entanto, criar filmes atomicamente finos de diamante sintético continua sendo uma tarefa desafiadora e muito cara. Por isso, cientistas da Universidade de Stanford, por exemplo, buscam uma tecnologia para criar camadas “espessas” de diamante em chips usando outros métodos. Cultivar uma camada de diamante multicamadas é mais fácil do que pulverizar. Além disso, várias dessas camadas podem ser criadas dentro de um chip, intercaladas com camadas ativas contendo transistores. No entanto, um problema permanece: esses diamantes “policristalinos” conduzem bem o calor para cima e para baixo, enquanto a transferência de calor lateral é menos eficaz — e isso é crucial para chips de grande área. Mas o trabalho continua e os resultados virão. Simplesmente não temos escolha: ou paramos o progresso na tecnologia da computação ou nos concentramos exclusivamente em IA.