Chủ nhật, 19/10/2025, 19:02 (GMT+7)
Nhờ đặc tính dẫn nhiệt xuất sắc, kim cương có thể loại bỏ hiệu quả những điểm nóng ở chip, ngăn chặn lãng phí nhiệt và tiết kiệm điện cho các trung tâm dữ liệu.
R. Martin Roscheisen phát triển phương pháp gắn lớp kim cương cực mỏng bên dưới tấm bán dẫn để hạ nhiệt cho chip. Ảnh: Cody Pickens
Phần lớn điện năng trung tâm dữ liệu sử dụng không dùng để vận hành máy tính mà bị lãng phí theo cách thô sơ nhất dưới dạng nhiệt, tỏa ra từ hàng trăm tỷ bóng bán dẫn trong một con chip hiện đại. Theo R. Martin Roscheisen, kỹ sư điện ở Diamond Foundry, công ty sản xuất kim cương dùng trong thiết bị điện tử, hơn một nửa năng lượng dùng bởi chip bị lãng phí dưới dạng dòng điện rò rỉ ở bóng bán dẫn, làm giảm đáng kể tuổi thọ của chip và khiến nó hoạt động kém hiệu quả.
Roscheisen là một trong nhiều kỹ sư đang phát triển phương pháp nhúng những mẩu kim cương nhân tạo cực mỏng vào chip để hạ nhiệt. Không chỉ là vật liệu cứng nhất thế giới, kim cương còn có khả năng dẫn nhiệt xuất sắc. Paul May, nhà hóa học vật lý tại Đại học Bristol ở Anh, cho biết kim cương sở hữu đặc tính dẫn nhiệt tốt nhất trong số các vật liệu. Đặc biệt, kim cương dẫn nhiệt nhanh gấp vài lần so với đồng, vật liệu thường được sử dụng trong bộ tản nhiệt cho chip.
Khả năng dẫn nhiệt cao của kim cương xuất phát từ cùng đặc điểm tạo nên độ cứng của nó: mỗi nguyên tử carbon được liên kết chặt chẽ với 4 nguyên tử lân cận và không có liên kết yếu theo bất kỳ hướng nào. Những liên kết đó rất hiệu quả trong việc truyền rung động dẫn nhiệt qua tinh thể.
Trong những năm gần đây, công ty Roscheisen khám phá cách tạo ra một lớp mỏng kim cương tản nhiệt và gắn nó vào mặt sau của tấm bán dẫn silicon tích hợp chip. Lợi thế của phương pháp này là lớp kim cương mỏng được sản xuất từ tinh thể đơn lẻ tản nhiệt so với cụm tinh thể. Tuy nhiên, lớp mỏng như vậy khó chế tạo hơn và do đó đắt đỏ hơn.
Diamond Foundry sản xuất kim cương bằng cách tạo ra một loại khí cực nóng (plasma) giàu carbon và kích thích nó để lắng đọng nguyên tử carbon theo cấu hình phù hợp. Một bước chủ chốt là sắp xếp để mỗi viên kim cương kết tinh như thể nó đang phát triển trên một lớp kim cương có sẵn với trình tự hoàn hảo.
Sau khi tạo ra đĩa kim cương rộng khoảng 10 cm, công ty sử dụng kỹ thuật được cấp bằng sáng chế để làm phẳng đến mức không có khiếm khuyết nào lớn hơn một nguyên tử ở trên hoặc dưới toàn bộ bề mặt của tấm bán dẫn. Khách hàng sau đó có thể gắn tấm bán dẫn kim cương phẳng vào đáy chip silicon. Theo Roscheise, các lớp kim cương loại bỏ hoàn toàn những điểm nóng ở chip.
Ngoài Diamond Foundry, Element Six, công ty con thuộc sở hữu của hãng De Beers, cũng sản xuất kim cương cho mục đích công nghiệp và làm mát chip sử dụng trong thiết bị liên lạc vô tuyến mạnh bao gồm vệ tinh. Hiện nay, họ đang tiếp thị dùng kim cương để làm mát chip máy tính.
Vào tháng 1, Element Six giới thiệu vật liệu mới, một hợp chất lai giữa kim cương và đồng dẫn nhiệt tốt hơn đồng nguyên chất nhưng rẻ hơn kim cương. Hợp chất kim cương – đồng này cung cấp giải pháp quản lý nhiệt tối ưu cho các chip mới, giúp chúng chạy nhanh hơn, tăng tuổi thọ và giảm chi phí làm mát cho trung tâm dữ liệu.
An Khang (Theo New York Times, Times of India)
