칩과 컴퓨터를 시원하게 유지하는 방법을 고려할 때 다이아몬드, 레이저 및 석유는 가장 먼저 생각할 수 있는 것이 아닙니다. 그러나 최신 칩 설계가 점점 더 작은 공간에 더 많은 트랜지스터를 포장하고 적층함에 따라 열이 중요한 문제로 대두되었습니다.
이를 해결하기 위해 반도체 업계는 모든 것을 벽에 던지고 있다. 어떤 스틱을 사용하면 AI 데이터 센터뿐만 아니라 가전제품, 통신, 군사 장비 등 다양한 애플리케이션의 확장이 가능해집니다.
선임 편집자 사무엘 K. 무어(Samuel K. Moore)는 근처 2nd Ave Deli에서 차가운 혀 샌드위치를 먹다가 나에게 설명했습니다. IEEE 스펙트럼의 사무실에서는 차세대 노드를 위해서는 더 나은 열 관리가 필수적입니다.
25년 동안 반도체 온오프를 담당해 온 무어는 “3D 칩을 더 많이 만들기 시작하면 열 문제가 훨씬 더 심해진다”고 말했습니다.
이번 호의 특별 보고서를 위해 Moore는 우리의 컴퓨팅 취재를 감독하는 편집장 Dina Genkina와 팀을 이루었습니다. 그들은 다음과 같은 IEEE 컨퍼런스에서 엔지니어들과 이야기를 나눴습니다. IEDM 그리고 슈퍼컴퓨팅 기술자들이 어떻게 새롭고 놀라운 방법으로 열을 방출하고 있는지에 대해 알아보세요.
“3D 칩을 더 많이 만들기 시작하면 열 문제는 더욱 악화됩니다.” —사무엘 K. 무어
엔지니어링 문제를 해결하는 첫 번째 단계는 문제의 특성을 정확하게 파악하는 것입니다. 안에 “열이 무어의 법칙 붕괴를 일으킬 것인가?“, 영국 케임브리지에 있는 Imec의 James Myers는 2030년대에 상업 생산에 들어가는 트랜지스터가 온도를 9°C까지 높이는 전력 밀도를 갖게 될 것이라고 설명합니다. 뜨거운 칩이 수백만 개 뭉쳐져 있는 데이터 센터에서 이러한 증가로 인해 하드웨어가 작동을 멈추거나 영구적인 손상을 입을 위험이 있습니다.
안에 “차세대 AI에는 액체 냉각이 필요합니다“, Genkina는 독자들에게 액체로 이 열을 이길 수 있는 4가지 경쟁자에 대한 심층 분석을 제공합니다. 순환하는 물-글리콜 혼합물이 가장 뜨거운 칩에 직접 부착된 냉각판, 특수 유전체 유체가 증기로 끓어오르는 기술 버전, 유전체 오일로 채워진 탱크에 서버 전체를 담그고 끓는 유전체 유체 탱크에서 동일한 작업을 수행합니다.
액체 냉각은 잘 작동하지만 “비용도 더 많이 들고 추가적인 실패 지점이 발생합니다”라고 Moore는 경고했습니다. “하지만 이렇게 작은 공간에서 킬로와트와 킬로와트를 소비할 때는 해야 할 일을 하는 것입니다.”
끓는 기름 속의 서버만큼 놀랍게 보일 수도 있지만 이번 호의 다른 두 기사는 훨씬 더 급진적인 냉각 기술에 중점을 두고 있습니다. 하나는 레이저를 사용하여 칩을 냉각시키는 것입니다. 미네소타에 본사를 둔 스타트업 Maxwell Labs의 Jacob Balma와 Alejandro Rodriguez가 설명한 이 기술은포논(열을 전달하는 결정 격자의 진동)을 파이프로 이동할 수 있는 광자로 변환하는 작업이 포함됩니다. 저자들은 그들의 기술이 “레이저 정밀도로 핫스팟이 형성될 때 표적화할 수 있다”고 주장합니다.
한편 스탠포드의 Srabanti Chowdhury는 열 문제에 대해 포괄적인 접근 방식을 취합니다. 다결정 다이아몬드 필름의 포대기 트랜지스터. 그녀 팀의 기술은 눈에 띄게 빠르게 발전하여 다이아몬드 필름 성장 온도를 1,000°C에서 400°C 미만으로 낮추어 표준 CMOS 제조와 호환되게 만들었습니다.
이러한 솔루션 중 어느 것도 저렴하지 않으므로 칩의 미래는 비싸고 뜨거울 것입니다. 그것은 아마도 엄청난 양의 투자자 현금 더미에 앉아 있는 대형 AI 회사들을 당황하게 하지 않을 것입니다. Moore가 피클을 다듬으면서 지적했듯이, “AI의 칩 수요는 일종의 무제한이므로 이전에는 생각지도 못했던 일을 하고 비용을 삼켜야 합니다.”