بزرگنمايي:

نسیم گیلان - ایسنا /جلوگیری از گرم شدن بیش از حد مدارهای مجتمع سه‌بعدی، کلید اصلی استفاده گسترده از آنهاست و تراشه جدید ساخت پژوهشگران دانشگاه «ام‌آی‌تی»، راهکارهای خنک‌سازی را برای تجهیزات الکترونیکی آزمایش می‌کند.
با افزایش تقاضا برای سیستم‌های میکروالکترونیک قوی‌تر و کارآمدتر، صنعت به سوی یکپارچه‌سازی سه‌بعدی روی آورده که به معنای چیدن تراشه‌ها روی یکدیگر است. این ساختار لایه‌ای عمودی می‌تواند به پردازنده‌های با کارآیی بالا مانند پردازنده‌های مورد استفاده در حوزه هوش مصنوعی امکان دهد تا در کنار سایر تراشه‌های بسیار تخصصی برای ارتباطات یا تصویربرداری قرار بگیرند؛ اما متخصصان فناوری در همه جا با یک چالش بزرگ روبه‌رو هستند. این چالش، نحوه جلوگیری از گرم شدن بیش از حد این تراشه‌هاست.
به نقل از ام‌آی‌تی نیوز، «آزمایشگاه لینکلن»(Lincoln Laboratory) دانشگاه «ام‌آی‌تی»(MIT) یک تراشه تخصصی را به منظور آزمایش و اعتبارسنجی راهبردهای خنک‌کننده برای تراشه‌ها ابداع کرده است. این تراشه با تقلید از تراشه‌های کارآمد، توان بسیار بالایی را به کار می‌گیرد تا از طریق لایه سیلیکون و در نقاط داغ موضعی بتواند گرما تولید کند. سپس با اعمال فناوری‌های خنک‌کننده، تراشه تغییرات دما را اندازه‌گیری می‌کند. هنگامی که این تراشه در یک مجموعه قرار می‌گیرد، به پژوهشگران امکان می‌دهد تا نحوه حرکت گرما را از لایه‌ها بررسی کنند و پیشرفت خود را در خنک نگه داشتن آنها مورد بررسی قرار دهند.
«چنسون چن»(Chenson Chen) که به همراه «رایان کیچ»(Ryan Keech) از گروه مواد پیشرفته و میکروسیستم‌ها در آزمایشگاه لینکلن، سرپرستی توسعه تراشه را بر عهده داشته است، گفت: اگر فقط یک تراشه داشته باشید، می‌توانید آن را از بالا یا پایین خنک کنید اما اگر چندین تراشه را روی هم بچینید، گرما راهی برای فرار ندارد. در حال حاضر هیچ روش خنک‌کننده‌ای وجود ندارد که به صنعت کمک کند تا چندین تراشه‌ها با عملکرد بالا را روی هم قرار دهد.
این تراشه‌ معیار اکنون در «آزمایشگاه‌های اچ‌آرال»(HRL Laboratories) متعلق به شرکت‌های «بوئینگ»(Boeing) و «جنرال موتورز»(General Motors) مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا آنها سیستم‌های خنک‌کننده را برای «سیستم‌های سه‌بعدی یکپارچه‌ ناهمگن»(3DHI) توسعه می‌دهند. منظور از یکپارچه‌سازی ناهمگن، روی هم قرار دادن تراشه‌های سیلیکونی با تراشه‌های غیر سیلیکونی مانند نیمه‌رساناهای III-V مورد استفاده در سیستم‌های فرکانس رادیویی است.
کیچ گفت: اجزای سیستم‌ فرکانس رادیویی می‌توانند بسیار داغ شوند و با توان‌های بسیار بالا کار کنند. این یک لایه اضافی از پیچیدگی را به ترکیب سه‌بعدی اضافه می‌کند. به همین دلیل، داشتن این قابلیت آزمایش بسیار مورد نیاز است.
این تراشه دو عملکرد دارد که عبارتند از تولید گرما و سنجش دما. پژوهشگران برای تولید گرما، مدارهایی را طراحی کردند که می‌توانند با توان بسیار بالا در محدوده کیلووات بر سانتی‌متر مربع کار کنند و عملکرد آنها قابل مقایسه با تقاضای توان پیش‌بینی‌شده تراشه‌های کارآمد امروز و آینده است. پژوهشگران، طرح مدارها را در آن تراشه‌ها تکرار کردند و به تراشه آزمایشی امکان دادند تا به عنوان یک نمونه واقعی عمل کند.
در دهه 2000، چن به آزمایشگاه کمک کرد تا در ساخت مدارهای مجتمع دولایه و سه‌لایه پیشگام باشد و به توسعه نمونه اولیه یکپارچه‌سازی سه‌بعدی بپردازد.
چن که سال‌ها تجربه در زمینه یکپارچه‌سازی پیچیده و طراحی تراشه به این پژوهش ‌آورده است، گفت: ما فناوری سیلیکونی موجود خود را اساسا برای طراحی گرم‌کننده‌هایی در مقیاس تراشه تطبیق دادیم.
چن و کیچ و متخصصان آزمایشگاه لینکلن در حال حاضر با پژوهشگران آزمایشگاه‌های اچ‌آرال همکاری می‌کنند تا تراشه را با فناوری‌های خنک‌کننده جدید همراه سازند و این فناوری‌ها را در یک مجموعه 3DHI ادغام کنند که می‌تواند قدرت سیگنال فرکانس رادیویی را افزایش دهد. «کریستوفر روپر»(Christopher Roper) پژوهشگر ارشد آزمایشگاه‌های اچ‌آرال در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: ما باید معادل گرمای بیش از 190 پردازنده مرکزی لپ‌تاپ را خنک کنیم که در اندازه یک پردازنده مرکزی ارائه می‌شوند.
به گفته کیچ، ارائه جدول زمانی سریع برای عرضه تراشه یک چالش بود که با کار گروهی در همه مراحل طراحی، ساخت، آزمایش و ادغام ناهمگن سه‌بعدی برطرف شد.
وی افزود: ساختارهای انباشته، مرز بعدی میکروالکترونیک به شمار می‌روند.