Η εικόνα ενός διαμαντιού δεν φέρνει στο νου επεξεργαστές, servers ή data centers. Όμως αυτό ακριβώς είναι το μέλλον που υπόσχονται εταιρείες αιχμής όπως η Diamond Foundry, που χρησιμοποιεί συνθετικά διαμάντια όχι για πολυτέλεια, αλλά για να φέρει επανάσταση στην ψύξη και την ταχύτητα των chips.
Η τεχνολογία που αναπτύσσει η εταιρεία υπό την ομπρέλα του προγράμματος AI Cloud Compute έχει έναν φιλόδοξο στόχο: να κάνει τα επόμενα κέντρα δεδομένων τρεις φορές πιο αποδοτικά και ταυτόχρονα θερμικά σταθερά, αξιοποιώντας τη μοναδική θερμική αγωγιμότητα των διαμαντιών. Και αν το όνομα “Diamond Foundry” σας θυμίζει βιοτεχνία κοσμημάτων, δεν είναι τυχαίο· πρόκειται για την ίδια εταιρεία που κατασκευάζει εργαστηριακά διαμάντια για τη βιομηχανία και τώρα επεκτείνεται στην τεχνολογία chip-level.
Από τα κοσμήματα στα datacenters
Η Diamond Foundry έχει καταφέρει να δημιουργήσει μονοκρυσταλλικά διαμάντια μεγάλης καθαρότητας με τη μέθοδο CVD. Αυτά τα διαμάντια διαθέτουν θερμική αγωγιμότητα έως και πέντε φορές μεγαλύτερη από τον χαλκό, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά για την απαγωγή θερμότητας σε υπερπυκνά chips.
Το project AI Cloud Compute αξιοποιεί αυτά τα συνθετικά διαμάντια ως θερμικά υπόστρωμα κάτω από τους επεξεργαστές, δημιουργώντας ένα «στρώμα» που διαχέει τη θερμότητα προτού αυτή φτάσει σε κρίσιμα επίπεδα.
Στην πράξη, αυτό σημαίνει πως ένας επεξεργαστής ή ένας GPU accelerator για τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να λειτουργεί με υψηλότερη συχνότητα, χωρίς να μειώνει την ταχύτητά του λόγω υπερθέρμανσης. Η εταιρεία υποστηρίζει ότι η τεχνολογία της επιτρέπει έως και 3x αύξηση στην ενεργειακή αποδοτικότητα σε εφαρμογές cloud AI.
Γιατί διαμάντι και όχι χαλκός
Ο χαλκός και το αλουμίνιο, παραδοσιακά υλικά ψύξης, έχουν φτάσει στα όριά τους. Με τις θερμοκρασίες στους υπερυπολογιστές να αγγίζουν επικίνδυνα επίπεδα, οι μηχανικοί χρειάζονταν ένα υλικό με μεγαλύτερη αγωγιμότητα και χαμηλότερη αντίσταση.
Το διαμάντι, χάρη στη μοριακή του δομή, επιτρέπει στα phonons, τα “σωματίδια” της θερμότητας να κινούνται σχεδόν ελεύθερα. Έτσι, η θερμότητα ταξιδεύει πολύ πιο γρήγορα μέσα από το υλικό, απομακρύνοντας την ενέργεια από το σημείο που παράγεται.
Σύμφωνα με στοιχεία της βιομηχανίας, το διαμάντι έχει θερμική αγωγιμότητα περίπου 2.000 W/mK, όταν ο χαλκός περιορίζεται στα 400 W/mK. Αυτό το πενταπλάσιο άλμα καθιστά τα διαμάντια το “ιερό δισκοπότηρο” των υλικών ψύξης.
Η μάχη της θερμότητας στον κόσμο της τεχνητής νοημοσύνης
Η ραγδαία εξάπλωση των μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης έχει εκτοξεύσει τις απαιτήσεις σε υπολογιστική ισχύ. Τα GPU clusters και τα AI accelerators που εκπαιδεύουν δισεκατομμύρια παραμέτρους δουλεύουν σε θερμοκρασίες κοντά στα φυσικά όρια.
Η κάθε αναβάθμιση στη δομή των chips συνεπάγεται πυκνότερα τρανζίστορ, άρα και περισσότερη θερμότητα ανά τετραγωνικό χιλιοστό. Στο σημείο αυτό, η ψύξη δεν είναι απλώς θέμα άνεσης ή θορύβου είναι ζήτημα λειτουργικότητας και αξιοπιστίας.
Με το διαμάντι, η Diamond Foundry φιλοδοξεί να επιτρέψει στους επεξεργαστές να δουλεύουν πιο ψυχρά και πιο γρήγορα, χωρίς να χρειάζονται υπερβολικά ενεργοβόρα συστήματα ψύξης με υγρά ή ενεργά κυκλώματα.
Η τεχνολογία wafer diamond
Στην καρδιά της καινοτομίας βρίσκεται η διαδικασία παραγωγής diamond wafers: λεπτά φύλλα διαμαντιού που χρησιμοποιούνται ως βάση για την τοποθέτηση ημιαγωγών. Αυτά τα wafer μπορούν να συνδυαστούν με σιλικόνη ή γάλλιο νιτρίδιο για να δημιουργήσουν υβριδικά chips νέας γενιάς.
Η Diamond Foundry εργάζεται ώστε να καταστήσει τα wafer διαμαντιού συμβατά με τις υπάρχουσες γραμμές παραγωγής chip. Αν το καταφέρει, το διαμάντι θα μπορούσε να γίνει το νέο στάνταρ στα high-end data centers, AI servers και μελλοντικά στα PCs.
Από τα data centers στα προσωπικά PC
Η τεχνολογία που σήμερα δοκιμάζεται σε cloud υποδομές έχει προοπτική να φτάσει και στα οικιακά PC. Αν η παραγωγή wafer διαμαντιού γίνει οικονομικά βιώσιμη, θα δούμε επεξεργαστές και GPUs για gaming με ενσωματωμένα θερμικά στρώματα διαμαντιού.
Αυτό θα σήμαινε:
Λιγότερο throttling σε βαριές εφαρμογές
Αθόρυβη λειτουργία, αφού οι ανεμιστήρες θα δουλεύουν ηπιότερα
Καλύτερη ενεργειακή απόδοση
Μικρότερη φθορά στα εξαρτήματα
Σε μια εποχή όπου οι κάρτες γραφικών και οι CPU φτάνουν συχνά τα 90°C, το διαμάντι δεν είναι απλώς υλικό πολυτελείας είναι μηχανικό εργαλείο επιβίωσης.
Οι εταιρείες που πρωτοπορούν
Πέρα από τη Diamond Foundry, η τεχνολογία αυτή έχει κινήσει το ενδιαφέρον και άλλων παικτών της αγοράς:
Η TSMC εξετάζει τη χρήση υβριδικών διαμαντιών για chips 2 nm.
Η IBM Research εργάζεται πάνω σε diamond heat spreaders για data processors.
Η Intel έχει δημοσιεύσει τεχνικές αναφορές για diamond-based interface materials.
Αυτό δείχνει ότι η μετάβαση δεν είναι απλή θεωρία. Το “διαμαντένιο μέλλον” της ψύξης έχει ήδη ξεκινήσει να δοκιμάζεται στα εργαστήρια των κορυφαίων εταιρειών ημιαγωγών.
Ένα λαμπρό και κυριολεκτικά δροσερό μέλλον
Η ιδέα των διαμαντιών στα chips δεν είναι πια επιστημονική φαντασία. Από τα εργαστήρια της Silicon Valley έως τους υπερυπολογιστές της τεχνητής νοημοσύνης, η νέα τεχνολογία δείχνει πως η ενέργεια, η ταχύτητα και η θερμότητα είναι πλέον ένα ενιαίο πεδίο καινοτομίας.
Αν οι εταιρείες πετύχουν την εμπορική διάθεση diamond wafer σε μεγάλη κλίμακα, το PC του μέλλοντος δεν θα χρειάζεται τεράστια ψυγεία ή συστήματα υγρής ψύξης απλώς λίγα άτομα άνθρακα στη σωστή μορφή.
