Компьютерра - Журнал Компьютерра №771

Сегодня процессоры охлаждаются с помощью внешних устройств вроде традиционных радиаторов и вентиляторов. Но на самом деле тепловыделение чипа крайне неравномерно и сосредоточено в так называемых горячих точках. Кроме того, оно быстро изменяется со временем в зависимости от характера решаемых задач. Поэтому медленное равномерное охлаждение оказывается неэффективным. Достаточно сказать, что в современных центрах обработки данных на охлаждение тратится энергия, сопоставимая с той, что используется для самих вычислений. Но если охлаждать чип только там, где это действительно нужно, то затраты энергии можно существенно снизить. Для этого кулер придется встроить прямо в чип над возможными горячими точками и включать его только в определенные моменты.

Однако воплотить эту очевидную схему в жизнь не так просто, даже несмотря на постоянное совершенствование термоэлектрических преобразователей и создание качественных нанокомпозитов. Кулер нелегко вписать в конструкцию обычного процессора, а коренным образом менять технологию упаковки чипов слишком накладно. В новых экспериментах удалось изготовить тонкопленочный термоэлектрический кулер на основе наномассива из теллурида висмута и встроить его в тестовый чип над горячей точкой размером 7х7 мм. Устройство поместили между чипом и медной пластиной обычного распределителя тепла. Эксперименты показали, что, даже не будучи включенным, кулер снижал температуру горячей точки на семь градусов. А если через него пропускали ток в три ампера, температура снижалась на пятнадцать градусов. И это уже отличный результат.

К сожалению, новая конструкция еще далека от требований массового производства. У кулеров наблюдается большой разброс параметров, да и слишком велики потери на контактных термических сопротивлениях, качество которых быстро деградирует. Поэтому ученым еще есть над чем поработать, и о коммерциализации новой технологии речь пока не идет. ГА

Новый счетчик спин-поляризованных электронов изготовили в Брауншвейгской лаборатории стандартов. Устройство обещает решить старую проблему квантового эталона тока и стать идеальным источником электронов для квантовых компьютеров и спинтроники.

Ученые давно пытаются увязать эталон силы тока с самым точным на сегодня эталоном времени и частоты. Это можно сделать, просто подсчитав количество электронов, проходящее по проводнику. Для этих целей логично использовать квантовый туннельный эффект, при котором электроны по одному перескакивают потенциальный барьер из диэлектрика между двумя проводниками. К сожалению, на такой перескок нужно время, и обычный туннельный переход перестает надежно работать на частоте выше десяти мегагерц. Ток при этом получается слишком малым для использования на практике. В прошлом году немецкие ученые вместе с коллегами из Кембриджа опробовали идею нового квантового эталона тока. В нем используется квантовая полупроводниковая точка, в которую помещается лишь один электрон, и осциллирующий туннельный барьер. За счет снижения высоты барьера электрон перескакивает его быстрее, и устройство может работать на частоте до трех гигагерц. Ток получается достаточной силы, но, увы, такой счетчик ошибается примерно один раз на каждые десять тысяч отсчетов. Подобная погрешность неприемлема - ее требуется снизить хотя бы в тысячу раз.

В новых экспериментах похожее устройство на основе гетероструктуры из арсенида галлия и арсенида галлия-алюминия поместили в сильное магнитное поле. Конструкция состоит из полупроводниковой квантовой точки диаметром 250 нм, которая отделена диэлектрическими зазорами шириной по 100 нм от двух тонких металлических проводников шириной 700 нм. Над зазорами располагаются два электрода, напряжение на которых определяет высоту потенциальных барьеров. На один из них подается постоянное, а на другой переменное напряжение. Электроны туннелируют в квантовую точку по одному в тот момент цикла, когда высота потенциального барьера минимальна, а затем туннелируют из точки через второй барьер.

Оказалось, что в сильном магнитном поле более трех тесла вероятность ошибки туннелирования снижается на два порядка и продолжает уменьшаться при увеличении напряженности поля. При этом спины электронов, прошедших через устройство, оказываются ориентированными в одном направлении, что востребовано в спинтронике. Кроме того, если параметры квантовой точки изменить так, чтобы в нее попадало строго по два электрона, то они окажутся запутанными.