அரை நூற்றாண்டுக்கும் மேலாக, மூரின் விதியின் இடைவிடாத முன்னேற்றம், பொறியாளர்களை ஒரு சிப்பில் உள்ள டிரான்சிஸ்டர்களின் எண்ணிக்கையை தோராயமாக ஒவ்வொரு இரண்டு வருடங்களுக்கும் இரட்டிப்பாக்கத் தூண்டியுள்ளது, இது கணினி சக்தியில் அதிவேக வளர்ச்சியைத் தூண்டியுள்ளது. இருப்பினும், சில்லுகள் அடர்த்தியாகவும் சக்திவாய்ந்ததாகவும் மாறிவிட்டதால், ஒரு வலிமையான எதிரி உருவாகியுள்ளார்: வெப்பம். நவீன CPUகள் மற்றும் GPUகளுக்குள் அதிகரித்து வரும் வெப்பநிலை செயல்திறன் மற்றும் மின் நுகர்வைப் பாதிக்கும் நீண்டகால விளைவுகளை ஏற்படுத்துகிறது. காலப்போக்கில், அதிகப்படியான வெப்பம் முக்கியமான சமிக்ஞை பரவலைக் குறைக்கிறது, சிப் செயல்திறனைக் குறைக்கிறது மற்றும் மின்னோட்ட கசிவை அதிகரிக்கிறது – சக்தியை வீணாக்குகிறது மற்றும் மூரின் சட்டம் ஒரு காலத்தில் வாக்குறுதியளித்த செயல்திறன் ஆதாயங்களைக் குறைமதிப்பிற்கு உட்படுத்துகிறது.
அடிப்படை பிரச்சினை டென்னார்ட் அளவிடுதலின் முடிவோடு நெருக்கமாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது, இது ஒரு காலத்தில் பொறியாளர்கள் டிரான்சிஸ்டர்களைச் சுருக்கி மின்னழுத்தத்தைக் குறைக்க அனுமதித்தது – மின் நுகர்வைக் கட்டுக்குள் வைத்திருந்தது. இருப்பினும், 2000 களின் நடுப்பகுதியில், டிரான்சிஸ்டர் அடர்த்தி தொடர்ந்து அதிகரித்தாலும், மேலும் மின்னழுத்தக் குறைப்பு நடைமுறைக்கு மாறானது. இந்த வேறுபாடு மின் அடர்த்தியில் நிலையான உயர்வுக்கும், தவிர்க்க முடியாமல், அதிக வெப்ப உற்பத்திக்கும் வழிவகுத்தது.
சில்லுகள் மிகவும் கச்சிதமாகவும் சக்திவாய்ந்ததாகவும் வளர, வெப்ப சுமையை நிர்வகிப்பது குறைக்கடத்தித் தொழிலுக்கு ஒரு முக்கியமான சவாலாக மாறியுள்ளது. Imec இல் உள்ள சிஸ்டம் டெக்னாலஜி கோ-ஆப்டிமைசேஷன் திட்டத்தை வழிநடத்தும் மற்றும் IEEE ஸ்பெக்ட்ரமுக்காக சமீபத்திய கட்டுரையை எழுதிய ஜேம்ஸ் மியர்ஸின் கூற்றுப்படி, வளர்ந்து வரும் குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பங்கள் வெப்ப உற்பத்தி மற்றும் சிதறலை எவ்வாறு பாதிக்கும் என்பதைக் கணித்து நிவர்த்தி செய்ய ஒரு புதிய அணுகுமுறை தேவை.
மையர்ஸும் அவரது சகாக்களும் தொழில்துறை-தரநிலை மற்றும் திறந்த மூல மின்னணு வடிவமைப்பு ஆட்டோமேஷன் கருவிகளை தனியுரிம மென்பொருளுடன் ஒருங்கிணைக்கும் ஒரு உருவகப்படுத்துதல் கட்டமைப்பை உருவாக்கியுள்ளனர். இந்த கட்டமைப்பு சிப் தொழில்நுட்பத்திற்கும் கணினி-நிலை வெப்ப நடத்தைக்கும் இடையிலான இடைவினையை ஆராய அனுமதிக்கிறது.
அவர்களின் கண்டுபிடிப்புகள் சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி உள்ளன: ஒவ்வொரு புதிய தலைமுறை குறைக்கடத்தி தொழில்நுட்பமும் வெப்ப சவாலை அதிகரிக்கிறது. உற்பத்தியாளர்கள் நானோஷீட் டிரான்சிஸ்டர்களுக்கும், இறுதியில், நிரப்பு புல-விளைவு டிரான்சிஸ்டர்களுக்கும் (CFETகள்) மாறும்போது சக்தி அடர்த்தி தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது. A10 (1 நானோமீட்டர்) மற்றும் A5 போன்ற எதிர்கால தொழில்நுட்ப முனைகளின் உருவகப்படுத்துதல்கள், A10 இலிருந்து A5 வரை மின் அடர்த்தியில் 12 முதல் 15 சதவீதம் வரை அதிகரிப்பை வெளிப்படுத்துகின்றன, இதன் விளைவாக அதே இயக்க மின்னழுத்தத்தில் தோராயமாக ஒன்பது டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலை உயர்கிறது.
மில்லியன் கணக்கான சில்லுகளைக் கொண்ட தரவு மையங்களில், மின் அடர்த்தியில் இத்தகைய அதிகரிப்பு நிலையான செயல்பாட்டிற்கும் பேரழிவு தரும் வெப்ப ரன்அவேக்கும் இடையிலான வேறுபாட்டைக் குறிக்கலாம். காற்று-குளிரூட்டப்பட்ட ஹீட்ஸின்கள் போன்ற பாரம்பரிய குளிரூட்டும் முறைகள், உயர் செயல்திறன் வசதிகளில் திரவ குளிரூட்டலால் ஏற்கனவே கூடுதலாக வழங்கப்படுகின்றன. இருப்பினும், இந்த மேம்பட்ட நுட்பங்கள் கூட அடுத்த தலைமுறை சிப் தொழில்நுட்பங்களால் உருவாக்கப்படும் வெப்பத்தை நிர்வகிக்க போதுமானதாக இல்லாமல் இருக்கலாம்.
இதை நிவர்த்தி செய்ய, ஆராய்ச்சியாளர்கள் மாற்று தீர்வுகளை ஆராய்ந்து வருகின்றனர், இதில் மைக்ரோஃப்ளூய்டிக் கூலிங், இது சிப்பிற்குள் பதிக்கப்பட்ட நுண்ணிய பாதைகள் வழியாக குளிரூட்டியை சேனல் செய்கிறது; ஜெட் இம்பிங்மென்ட், இது சிப்பின் மேற்பரப்பில் இயக்கப்படும் உயர்-வேக குளிரூட்டும் நீரோடைகளைப் பயன்படுத்துகிறது; மற்றும் முழு பலகைகளும் வெப்பக் கடத்தும் மின்கடத்தா திரவத்தில் மூழ்கடிக்கப்படும் மூழ்கல் குளிரூட்டல் ஆகியவை அடங்கும்.
ஆயினும், இந்த முறைகள் எல்லா அமைப்புகளிலும் நடைமுறைக்கு ஏற்றதாக இருக்காது – குறிப்பாக அளவு, எடை மற்றும் பேட்டரி ஆயுள் இறுக்கமாக கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மொபைல் சாதனங்களில் அல்லது உள்கட்டமைப்பு மேம்படுத்தல்கள் விலை உயர்ந்ததாகவும் இடையூறாகவும் இருக்கும் தரவு மையங்களில்.
குளிரூட்டியைத் தாண்டி, வெப்பநிலையை நிர்வகிக்க கணினி-நிலை உத்திகள் அதிகளவில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, வெப்ப உணரிகள், மின் நுகர்வைக் குறைக்க மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண்ணில் மாறும் குறைப்புகளைத் தூண்டலாம். இருப்பினும், இது பெரும்பாலும் செயல்திறனின் இழப்பில் வருகிறது, நேரடி சூரிய ஒளியின் வெப்பத்தின் கீழ் ஸ்மார்ட்போன் மெதுவாகச் செல்லும் எவருக்கும் நன்கு தெரிந்த ஒரு பரிமாற்றம்.
தெர்மல் ஸ்பிரிண்டிங் எனப்படும் மற்றொரு நுட்பம், செயலி கோர்களுக்கு இடையே பணிச்சுமையைச் சுழற்றுகிறது, அதிக வெப்பமடைந்த கோர்கள் குளிர்விக்க அனுமதிக்கிறது, மற்றவை அதை எடுத்துக்கொள்கின்றன. குறுகிய கால செயல்பாட்டிற்கு பயனுள்ளதாக இருந்தாலும், இந்த அணுகுமுறை ஒட்டுமொத்த செயல்திறனைக் குறைத்து, நீடித்த பணிச்சுமைகளின் போது தாமதத்தை அறிமுகப்படுத்தும்.
வெப்ப மேலாண்மையில் ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய புதிய எல்லை, சிப் வேஃபரின் பின்புறத்தை மேம்படுத்துவதை உள்ளடக்கியது. பவர் டெலிவரி நெட்வொர்க்கை சிப்பின் அடிப்பகுதிக்கு இடமாற்றம் செய்வதன் மூலம், இது பேக்சைடு பவர் டெலிவரி நெட்வொர்க் (BSPDN) எனப்படும் ஒரு உத்தி, பொறியாளர்கள் மின் எதிர்ப்பைக் குறைத்து குறைந்த மின்னழுத்தங்களில் செயல்பாட்டை செயல்படுத்த முடியும், இதன் மூலம் வெப்ப உற்பத்தியைக் குறைக்க முடியும்.
அனைத்து முக்கிய மேம்பட்ட CMOS ஃபவுண்டரிகளும் 2026 ஆம் ஆண்டுக்குள் BSPDN தொழில்நுட்பத்தை ஏற்றுக்கொள்ளும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. எதிர்கால மேம்பாடுகளில் பின்புறத்தில் உயர் திறன் கொண்ட மின்தேக்கிகள் மற்றும் ஆன்-சிப் மின்னழுத்த ரெகுலேட்டர்களை ஒருங்கிணைப்பது, சிறந்த மின்னழுத்தக் கட்டுப்பாட்டை செயல்படுத்துவது மற்றும் ஆற்றல் செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்துவது ஆகியவை அடங்கும்.
இந்த கண்டுபிடிப்புகளில் பரிமாற்றங்கள் இல்லாமல் இல்லை. பின்புற தொழில்நுட்பங்களை செயல்படுத்த சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறை மெலிதாக்குவது வெப்பத்தை சிதறடிக்கும் திறனைக் குறைக்கும், இதனால் புதிய வெப்ப ஹாட் ஸ்பாட்களை உருவாக்கும். BSPDNகள் உள்ளூர் வெப்பநிலையை 14 டிகிரி செல்சியஸ் வரை அதிகரிக்கக்கூடும் என்று உருவகப்படுத்துதல்கள் தெரிவிக்கின்றன, இது கூடுதல் தணிப்பு உத்திகளின் அவசியத்தை எடுத்துக்காட்டுகிறது.
இந்த முன்னேற்றங்கள் Imec “CMOS 2.0” சகாப்தம் என்று குறிப்பிடும் கீழ் வருகின்றன, இது மேம்பட்ட டிரான்சிஸ்டர் கட்டமைப்புகள் மற்றும் சிறப்பு தர்க்க அடுக்குகளால் வரையறுக்கப்படுகிறது. சிப் முழுவதும் சிக்னல்கள் எவ்வாறு இயக்கப்படுகின்றன என்பதை மேம்படுத்துவதன் மூலம், இந்த தொழில்நுட்பங்கள் வெப்ப மேலாண்மையில் சாத்தியமான ஆதாயங்களுடன் மேம்பட்ட செயல்திறன் மற்றும் ஆற்றல் திறனை வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன.
இருப்பினும், முழு வெப்ப தாக்கங்களும் நிச்சயமற்றதாகவே உள்ளன, மேலும் இந்த தொழில்நுட்பங்கள் தொடர்ந்து உருவாகி வருவதால் முழுமையான விசாரணையை கோருகின்றன.
வெப்பக் கட்டுப்பாட்டுக்கான மென்பொருள் அடிப்படையிலான அணுகுமுறைகள் பயனுள்ளதாக இருந்தாலும், இயல்பாகவே துல்லியமற்றவை என்று மியர்ஸ் எச்சரிக்கிறார். அவை பெரும்பாலும் ஒரு சிப்பின் பெரிய பகுதிகளை தேவையானதை விடத் தூண்டுகின்றன, இது தேவையில்லாமல் செயல்திறனைக் குறைக்கும். அதற்கு பதிலாக, சிஸ்டம் வடிவமைப்பு, இயற்பியல் அமைப்பு மற்றும் செயல்முறை தொழில்நுட்பத்தை ஒருங்கிணைந்த மேம்பாட்டு செயல்முறையில் ஒருங்கிணைக்கும் சிஸ்டம் டெக்னாலஜி கோ-ஆப்டிமைசேஷன் எனப்படும் முழுமையான உத்தியை அவர் ஆதரிக்கிறார்.
துறைகள் முழுவதும் ஒத்துழைப்பை வளர்ப்பதன் மூலமும் மேம்பட்ட உருவகப்படுத்துதல் கருவிகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும், தொழில் எதிர்கால சில்லுகள் எதிர்கொள்ளும் பெருகிவரும் வெப்ப சவால்களை சிறப்பாக எதிர்பார்த்து நிவர்த்தி செய்ய முடியும் என்று மியர்ஸ் முடிவு செய்கிறார்.
மூலம்: TechSpot / Digpu NewsTex