Araştırmacılar, yapay zeka veri merkezi çiplerini soğutmak için sentetik elmas kullanmanın yollarını geliştiriyor. De Beers’ın sahibi olduğu Element Six firması, uzun süredir uydu çipleri için elmas üretiyor.
Sentetik elmaslar, özellikle yüksek güçlü yapay zeka çipleri için yeni nesil bir termal yönetim malzemesi olarak büyük ilgi görüyor. Ünlü Kuyumculuk firması De Beers’in alt şirketi olan Element Six, endüstriyel, yarı iletken, optik ve yüksek performanslı termal yönetim kullanımları için önde gelen bir sentetik elmas (CVD vb.) üreticisi durumunda.
Ocak 2025’te Element Six, daha etkili bir ısı dağıtıcı/termal yönetim çözümü olarak yapay zeka, yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) ve GaN RF cihazları için tasarlanmış bir bakır-elmas kompozit (Cu-elmas) duyurdu. Standart CVD elmas ısı yayıcı ürünleri, yarı iletken aygıtlarda “belirli bir güç için düşük tepe sıcaklıkları (~%25) sağladığını” zaten iddia ediyor. Ayrıca, Element Six, DARPA’nın “Ultra Geniş Bant Aralıklı Yarı İletkenler” (UWBGS) programında yer alarak elmas alttaş/aygıt katmanı geliştirmeye katkıda bulunuyor.
Elmasın hem termal olarak mükemmel olması hem de uygun elektriksel / geniş bant aralığı özelliklerine sahip olması nedeniyle, elmasları GaN ve kuantum / optik aygıtlarla (örneğin mikrodalgalar, kuantum bellek) birleştirme konusunda ileri düzey araştırmalar da yürütüyorlar.
Yapay Zeka Çiplerinin Soğutulmasında, Neden Sentetik Elmas Cazip?
Ultra yüksek termal iletkenlik nedeniyle “Elmas (özellikle izotopik olarak saf olanı)”, belirli yönlerde bakır veya seramikten kat kat daha iyi ısı iletimi sağlayabilir. Sıcak noktalardan ısıyı daha hızlı uzaklaştırmaya yardımcı olur. Ama yanısıra, “Elmas” iyi bir yalıtkandır, bu nedenle devrelere yakın yerleştirildiğinde bile kısa devre yapmaz. Tabii ki “Elmas” çok sert, dayanıklı ve dayanıklıdır; paketlere, alt tabakalara veya ara parçalara entegre etmek için idealdir. Ayrıca yongalar üst üste bindirildiğinde (3D, yongacıklar, HBM bellek) termal yol daha da kısıtlanır; elmas katmanları ısı iletiminin “son birkaç mikron”unda yardımcı olabilir. Element Six’in yeni ürünü olan Bakır / elmas kompozitler (Cu-elmas), iyi termal performansı korurken bazı maliyet ve üretim avantajlarını bir araya getirir.
Yapay zeka yongaları güç yoğunluklarını artırdıkça (örneğin yüzlerce watt veya hatta 1 kW’dan fazla modüller), geleneksel soğutma (bakır, termal arayüz malzemeleri, sıvı soğutma, soğuk plakalar) sıcaklıkları kabul edilebilir seviyede tutmak için zorlanır. Elmas, bağlantı / PCB sınırındaki darboğazı giderebilir.
Ancak, yüksek kaliteli elmas (tek kristal, düşük kusurlu) pahalıdır. Yonga paketlerine hacimsel olarak entegre edilmesi kolay değildir. Termal sınır direnci (TBR) de sorundur. Yonga / paket / elmas / ısı emici aralarındaki arayüz çok önemlidir. Arayüz zayıfsa, kazançlar azalır. Büyük yonga plakaları üzerinde, ısı emici geometrisine uygun şekillerde, iyi yapışma, güvenilirlik ve verimle homojen elmas katmanları üretmek de zordur.
Ayrıca elmas ve diğer malzemeler (silisyum, bakır, alt dolgular) arasındaki uyumsuzluklar, termal döngü sırasında mekanik gerilime, delaminasyona ve çatlamaya neden olabilir.
Önümüzdeki birkaç yıl içinde, GPU / AI hızlandırıcı modüllerinde daha fazla performans sağlamak veya soğutma yükünü azaltmak için elmas / bakır-elmas yayıcıların kullanıldığı pilot / niş AI sunucuları / prototipleri görebiliriz.
Başarılı olurlarsa ve maliyet düşerse, daha yüksek saat / frekans boşluğu veya daha iyi verimlilik sağlamak için ultra yoğun/yüksek güçlü AI sunucularında (örneğin eğitim, büyük modeller için) standart hale gelebilirler.
Veri merkezi operatörleri güç kullanım verimliliğinde (PUE) artış sağlayabilir: çip termal yönetimi daha verimli bir şekilde çalışırsa daha düşük soğutma yükü (fanlar, pompalar).
Element Six gibi tedarikçiler bu sektörde öncü durumundalar. Bakır-elmas kompozitlerinin benimsenmesi için daha uygun maliyetli ve şekillendirilebilir (2,5D/3D paketleme) olması amaçlanıyor. Kuantum, GaN, geniş bant aralığı ve gelişmiş yarı iletken programlarıyla ortaklıklar, elmasın yeni nesil cihaz yığınlarına daha fazla yerleşmesini sağlayabilir.
Kaynak : 