El futuro de la refrigeración de chips de alto rendimiento pasa por utilizar láseres

Maxwell Labs, junto con Sandia National Laboratories, anunciaron que están trabajando en una nueva tecnología de refrigeración mediante láser. Para tener un contexto, Maxwell Labs se vende como una empresa que cuenta con los mejores expertos mundiales en nanofotónica (ciencia que se ocupa del estudio de las interacciones entre la materia y la luz en la escala nanométrica). Definiéndose como una compañía pionera en la próxima generación de computación de alto rendimiento con tecnología de refrigeración láser.

Por su parte, Sandia National Laboratories ya es una vieja conocida. Hablamos de uno de los laboratorios nacionales de EE.UU., administrado por el Departamento de Energía. Su enfoque principal está en la ciencia y tecnología aplicadas a la seguridad nacional. Pues ambas compañías se han unido para agilizar el desarrollo de una nueva generación de sistemas de refrigeración para chips de alto rendimiento.

En el futuro se busca refrigerar chips de alto rendimiento mediante una tecnología por láser

El hardware no deja de aumentar en cuanto a consumo energético, por lo que los sistemas de refrigeración tradicionales se están llevando cada vez más al límite. Sistemas de refrigeración desproporcionado, ventiladores más ruidos, o requerir a costosos sistemas de refrigeración por agua. Esto podría ser cosa del pasado mediante el uso de un láser como método de refrigeración, y es que se indica que los láseres se pueden utilizar para disipar el calor de estos chips.

Ahora bien, hay que matizar en que esta refrigeración láser llega en forma de unas placas frías especiales hechas de arseniuro de galio (GaAs) ultrapuro. Estas placas se enfrían al recibir haces enfocados de luz láser coherente de una longitud de onda determinada. En lugar de calentar, que es lo lógico de estos haces de luz, esta configuración permite liberar el calor en puntos concretos del chip gracias a la alta movilidad electrónica del GaAs. El método promete complementar los sistemas de refrigeración tradicionales en lugar de reemplazarlos.

Para hacer esto una realidad, las placas frías con GaAs se colocan directamente en las regiones de alto calor de los procesadores. Los patrones microscópicos dentro del semiconductor guían los haces coherentes con precisión a estos puntos calientes, lo que resulta en una refrigeración muy localizada, reduciendo significativamente la temperatura donde el calor se convierte en algo problemático. Esta tecnología realmente no es nueva. En 2012, en la Universidad de Copenhague, enfriaron una pequeña membrana a -269 °C utilizando un método similar. Pero ahora pasamos de una prueba a buscar comercializar esta tecnología.

El mayor problema de esta tecnología está relacionada con los costes

La refrigeración de chips de alto rendimiento por láser es una tecnología revolucionaria, pero también extremadamente caras. Para empezar, la producción de obleas de GaAs ultrapuras requiere técnicas complejas que consumen mucha energía, como la epitaxia de haces moleculares (MBE) o la deposición química de vapor metal-orgánico (MOCVD). Al tratarse de capas cristalinas ultrapuras, las tasas de defectos pueden ser elevadas, lo que repercute en los costes. Es decir, que utilizas una costosa oblea para ver como la mayoría de ella queda inservible.

En la actualidad, una oblea de 200 mm de GaAs puede costar unos 5.000 dólares, mientras que una de silicio del mismo tamaño puede costar tan sólo 5 dólares. Entonces el porcentaje de rendimiento de la oblea (el número de chips funcionales) es clave. En este caso hablamos de chips electrónicos o fotónicos especializados. Los cuales son esenciales para permitir la refrigeración por láser, también llamada refrigeración óptica. Por lo que sería realmente interesante conocer el rendimiento de la oblea.

A este coste se le suma la placa fría, que suelen ser de materiales térmicamente conductores como el aluminio o cobre. La placa se combina un chip de GaAs que actúa como parte activa del sistema de refrigeración mediante su activación por láser.

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