И в пульсации вен…

Экспериментальный прототип чипа, охлаждаемого и питаемого «электронной кровью». Фото: IBM

Электронная кровь умерит аппетиты и тепловыделение суперкомпьютеров будущего

Александр Телишев

13 мая, 2014 18:54

6 мин

Инженеры компании IBM продемонстрировали первый экспериментальный прототип «электронной крови» — особой жидкости, которая подобно крови в мозге человека, одновременно будет охлаждать микросхемы суперкомпьютеров и снабжать их энергией. О первых успехах в разработке этой технологии сообщила CNN Money.

Микросхемы состоят из множества индивидуальных элементов-транзисторов. Во время работы эти блоки выделяют небольшое количество тепла из-за того, что часть электронов изредка «просачивается» через выключенный транзистор. Это явление, которое ученые называют токами утечки, считается одной из главных проблем современной IT-индустрии.

Благодаря все большей миниатюризации электроники и постоянному росту токов утечки, инженерам приходится прикладывать все больше усилий для эффективного охлаждения микропроцессоров и других компонентов компьютеров. Сегодня около половины мощности, потребляемой суперкомпьютерами, уходит на работу системы охлаждения.

По этой причине в последние годы ученые начинают задумываться о крайне экзотических способах отвода тепла. К примеру, в 2012 году сингапурские физики научились охлаждать микросхемы при помощи лазеров, что раньше применялось только при опытах с антиматерией и элементарными частицами.

Бруно Мишель и другие инженеры из Исследовательской лаборатории компании IBM в Цюрихе (Швейцария) обратили внимание и на то, что вместе с тепловыделением растут и «аппетиты» современных чипов. К примеру, первые модели процессора Pentium, выпущенные почти 20 лет назад, потребляли около 8-16 Ватт электричества, тогда как современные шестиядерные Core i7 могут «съедать» свыше 200 Ватт при пиковой нагрузке.

Если этот тренд продолжится и в последующие десятилетия, то суперкомпьютеры будет невозможно не только охлаждать, но и снабжать электричеством. Для решения этой проблемы команда Мишеля обратила свое внимание на самый сложный природный «суперкомпьютер» — мозг человека.

Суперкомпьютер архитектуры BlueGene/P производства IBM. Фото: Argonne National Laboratory / Flickr

Как отмечают инженеры, наш мозг содержит в себе около 100 миллиардов нейронов-«биотранзисторов». Они соединены друг с другом 125 триллионами нервных окончаний, которые можно сравнить с металлическими «дорожками» внутри микрочипов. Несмотря на всю свою сложность, мозг достаточно компактен и при этом он не перегревается и не требует внешнего охлаждения.

Другой интересной особенностью человеческого ЦПУ, с точки зрения инженера, является то, что системы охлаждения и питания мозга объединены в единое целое кровеносной системой. Система капилляров и артерий одновременно поставляет питательные вещества в клетки мозга и охлаждает его, унося «лишнее» тепло с собой. При этом она не работает на пределе возможностей и у нее еще есть большой запас прочности. Хорошим примером этого служит то, что в октябре 2013 года британские студенты в шутку показали, что вычислительную мощность и тепловыделение мозга можно увеличить в 7 раз, добавив новый набор капилляров на поверхность черепа.

Мишель и его коллеги из IBM предположили, что нечто подобное можно реализовать и для охлаждения и питания микрочипов. Для этого им пришлось решить массу проблем. Сначала инженеры были заняты поиском подходящего электролита, который бы не разрушал металлические и полупроводниковые части компьютера и при этом хорошо проводил ток. Примерно три года назад им удалось справиться с этой задачей при помощи «двойного» электролита на базе ионов ванадия.

Этот электролит представляет собой набор из двух типов жидкостей, каждая из которых содержит два разных вида ионов металла. Если такие растворы поместить в сосуд, разделенный металлической перегородкой, между ними произойдет обмен электронами, что позволяет использовать их для передачи электричества внутри чипа.

Ученые использовали это свойство электролита для создания электронных «капилляров», одновременно позволявших жидкости охлаждать транзисторы и снабжать их электричеством. Последующие три года команда Мишеля потратила на создание и сборку экспериментального прототипа чипа, который бы полностью охлаждался и снабжался питанием при помощи «электронной крови».

Данный прототип был готов к работе и представлен миру в начале мая текущего года, однако о его существовании компания IBM объявила еще в октябре 2013 года. Как отмечают сами создатели технологии, она еще крайне далека от практического применения и первые суперкомпьютеры на ее основе появятся не раньше, чем в середине 2030-х годов.

Данные суперкомпьютеры будут выглядеть совсем не так, как их гигантские «предтечи» сегодня. По прогнозам Мишеля и других инженеров из IBM, они будут больше напоминать по своим размерам обычный настольный компьютер и при этом обладать мощностью, в тысячу раз превышающей производительность современных «кибер-чемпионов» из рейтинга TOP-500.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе