Circolazione elettronica del sangue per i chip dei computer 3D
Un consorzio di scienziati svizzeri vuole raffreddare e fornire contemporaneamente energia a innovativi chip per computer tridimensionali con un circuito liquido. L'ispirazione è il cervello umano.
I computer più potenti del futuro non saranno più costituiti da chip bidimensionali, come avviene oggi, ma da chip tridimensionali. Lo sviluppo di questi chip stack è quindi molto promettente, in quanto non solo riduce l'ingombro del chip, ma accorcia anche le connessioni dati e aumenta di molte volte la larghezza di banda per la trasmissione dei dati. Tuttavia, due sfide rendono più difficile lo sviluppo di chip 3D complessi: In primo luogo, questi chip diventano estremamente caldi ed è difficile dissipare il calore. In secondo luogo, l'alimentazione di energia attraverso la presa del chip con connessioni elettroniche convenzionali non è sufficiente a fornire al chip energia sufficiente.
Un consorzio di scienziati svizzeri, con una significativa partecipazione di ricercatori del Fare ricerca all'ETH di Zurigo e sotto la guida di IBM Research Zurich, vuole ora utilizzare un approccio innovativo per raffreddare ed energizzare simultaneamente queste pile di chip 3D. Si ispirano alla struttura del cervello umano, attraversato da vasi sottilissimi in cui il sangue circolante raffredda e fornisce energia alle cellule nervose. Il cervello è circa 10.000 volte più denso e 10.000 volte più efficiente dal punto di vista energetico dei migliori computer di oggi.
Chip e batteria si fondono in un'unica unità
Grazie anche al progetto Aquasar, gli scienziati dell'IBM e dell'ETH di Zurigo hanno già diversi anni di esperienza con i computer raffreddati ad acqua (L'ETH ha riferito sulla vita). Inoltre, nell'ambito del progetto CMOSAIC, hanno già sviluppato i primi sistemi di prova per il raffreddamento di chip di computer 3D, in cui il liquido viene incanalato attraverso i singoli strati della pila di chip in strutture sottilissime. Sulla base di questo sistema, i ricercatori del nuovo progetto "Repcool", a cui partecipano anche scienziati dell'Istituto Paul Scherrer e dell'Università della Svizzera italiana, vogliono realizzare anche la fornitura di energia attraverso gli strati liquidi: Al posto del refrigerante, una soluzione elettrolitica dovrebbe scorrere attraverso lo stack di chip nel "flusso sanguigno elettronico". Questa soluzione dovrebbe trasferire gli elettroni da un elettrodo centrale a elettrodi ricevitori decentralizzati sui singoli strati della pila 3D. Il chip del computer e la batteria si fondono così virtualmente in un'unica unità.
Un supercomputer grande come un PC
L'obiettivo finale del progetto è sviluppare un supercomputer delle dimensioni di un PC: Mentre gli attuali supercomputer con una potenza di calcolo di un petaFLOPS (ovvero un quadrilione di operazioni di calcolo al secondo) riempiono un'intera aula scolastica, la nuova tecnologia dovrebbe rendere possibile questo risultato in un volume di 10 litri. Per raggiungere questo obiettivo, è necessario ottimizzare i singoli elementi del chip 3D: gli strati del processore, gli elettrodi, gli elettroliti e le membrane tra i singoli strati.
I singoli strati della pila sono sottili solo circa 100 micrometri, il che corrisponde al diametro di un capello umano. "Una delle principali difficoltà del progetto è riuscire a far entrare abbastanza energia elettrica in questo piccolo spazio", spiega Dimos Poulikakos, professore dell'Istituto di tecnologia energetica dell'ETH di Zurigo. La densità di potenza della cella liquida elettrochimica simile a una batteria deve essere più che decuplicata rispetto a quanto è possibile fare oggi.
"Combinare il meglio della natura e della tecnologia".
Poulikakos, il cui contributo al progetto consiste nell'ottimizzazione delle proprietà di flusso del liquido circolante e del trasferimento di materiale e calore nel circuito, lavora a stretto contatto con Thomas Schmidt, professore presso il Laboratorio di chimica fisica dell'ETH di Zurigo e dell'Istituto Paul Scherrer. Il gruppo di Schmidt sta lavorando per migliorare le proprietà elettrochimiche della cella liquida. Michele Parinello, professore di Scienze computazionali all'ETH di Zurigo e all'Università della Svizzera italiana, si occupa di ricerca sui materiali a livello molecolare. Il suo contributo al progetto consiste nello studio dei materiali da utilizzare per migliorare le reazioni elettrochimiche all'interfaccia tra il liquido e il chip. Infine, presso il Centro di ricerca IBM di Rüschlikon, il gruppo guidato da Bruno Michel, responsabile del gruppo di ricerca Advanced Thermal Packaging, sta lavorando all'integrazione dei vari sistemi in un prototipo. Anche i singoli componenti e il sistema integrato vengono testati e ottimizzati.
"Quando combiniamo le conoscenze della biologia con la nostra esperienza nella tecnologia dei chip, siamo in grado di sviluppare sistemi informatici efficienti e potenti che combinano il meglio della natura e della tecnologia", afferma Michel, secondo un comunicato stampa di IBM.
Questo testo si basa su un comunicato stampa di IBM.