Procesory z diamentów? To może być przyszłość układów AI 

Firma Diamond Foundry, specjalizująca się w produkcji diamentów laboratoryjnych, zaprezentowała pierwszy na świecie 200-milimetrowy monokryształowy wafel diamentowy (SCD). To ważne osiągnięcie, bo materiał tego rodzaju może znaleźć zastosowanie w chłodzeniu zaawansowanych układów scalonych.

Diament ma wyjątkowo wysoką przewodność cieplną – według szacunków jest pod tym względem co najmniej pięciokrotnie lepszy od miedzi. W przeciwieństwie do wielu tradycyjnych materiałów chłodzących potrafi jednocześnie zachować właściwości izolatora elektrycznego.

Nie chodzi jednak o wykorzystanie zwykłych kamieni jubilerskich. Diamond Foundry postawiło na wysokiej jakości monokryształ, a nie materiał polikrystaliczny. To właśnie taka struktura pozwala uzyskać znakomite właściwości przewodzenia ciepła.

Dlaczego to takie ważne? Współczesne akceleratory AI pobierają ogromne ilości energii, a znaczną jej część zamieniają w ciepło. Przy tak dużej gęstości mocy tradycyjne rozwiązania chłodzące napotykają coraz większe ograniczenia. Szczególnym problemem są lokalne przegrzania, czyli tzw. hot spoty.

Monokryształowy diament mógłby pomóc skuteczniej odprowadzać ciepło z najbardziej obciążonych obszarów układu. Na razie jednak droga do masowego zastosowania tej technologii jest jeszcze długa. Zaprezentowany wafel nie został nawet wypolerowany, a więc wymaga dalszej obróbki, zanim będzie nadawał się do wykorzystania przez producentów półprzewodników.

Według przeprowadzonych testów zastosowanie diamentowego chłodzenia mogłoby obniżyć temperaturę układu nawet o 52 stopnie Celsjusza, co stanowiłoby ogromną różnicę w przypadku najbardziej energochłonnych procesorów i akceleratorów AI.

Ambicje firmy sięgają zresztą dalej. Diamond Foundry uważa, że przed 2030 r. możliwe będzie opracowanie wafli o średnicy 300 mm, czyli odpowiadających rozmiarom wykorzystywanym w nowoczesnych fabrykach półprzewodników.

Jak zauważa Tom's Hardware, zainteresowanie tym materiałem wyraźnie rośnie, a Diamond Foundry nie jest jedyną firmą, która dostrzegła potencjał syntetycznych diamentów. Akash Systems otrzymało w 2024 r. 18,2 mln dolarów wsparcia z amerykańskiego programu CHIPS Act na rozwój technologii łączącej azotek galu z syntetycznym diamentem. Firma deklaruje, że takie rozwiązanie może obniżyć temperaturę układów nawet o 20 stopni Celsjusza.

Własne rozwiązania rozwija również De Beers Group, pracując nad kompozytem miedzi i diamentu przeznaczonym m.in. do chłodzenia procesorów oraz akceleratorów AI. Z kolei Frore Systems eksperymentuje z diamentowymi płytami chłodzącymi do układów chłodzenia cieczą, które mają obsługiwać przyszłe akceleratory NVIDII.