Se formos olhar para os últimos 20 anos, a evolução no lado dos chips tem sido impressionante! Mais pequenos, mais rápidos, mais eficientes… Mas, claro, cada vez mais quentes.
Estamos a chegar a um ponto, em que o calor se tornou no novo limite físico da inovação no mundo dos semicondutores. Sim, estamos a entrar em uma crise térmica que pode abrandar (ou até travar) o futuro dos processadores mais avançados. Curiosamente, nem estamos a falar apenas dos processadores ou placas gráficas. Está tudo a ficar… Quentinho!
Chips cada vez mais potentes. Mas o calor é um inimigo… Complicado!
Durante décadas, vivemos ao ritmo da Lei de Moore. Mais transístores, mais poder de processamento, mais progresso. Porém, agora que começa a ser complicado reduzir o tamanho dos transístores e a voltagem ao mesmo tempo, tudo começou a mudar. A voltagem estagnou, a densidade aumentou, e com isso, o calor disparou.
Chips mais compactos = mais calor = mais problemas!
Hoje, à medida que nos aproximamos dos nós de produção de 2nm e abaixo, os engenheiros enfrentam um problema que não é novo, mas está mais grave: como é que se controla a temperatura num forno microscópico dentro do teu portátil ou smartphone?
Simulações recentes feitas pela Imec indicam que passar de uma geração de transístores nanosheet (A10) para CFETs (A5) pode resultar num aumento de 12 a 15% na densidade de potência. Algo que se traduz num aumento de temperatura de cerca de 9 ºC, mantendo a mesma voltagem. Parece pouco, mas num data center com milhões de chips, pode ser a diferença entre um funcionamento estável e… apagão total.
Aliás, pode também resultar num aumento enorme no consumo de energia em sistemas de arrefecimento. O que também não é bom quando o objetivo é aumentar os níveis de performance de uma forma minimamente sustentável.
Os métodos tradicionais já não chegam!
Coolers a ar? Insuficientes. Líquido? Já está a ser usado em centros de dados de alta performance. Mas mesmo isso pode não chegar.
Agora fala-se em soluções como refrigeração microfluídica, jatos direcionados de líquido diretamente nos chips, ou até imersão total em líquidos especiais condutores de calor. E isso é só no hardware.
O segredo pode estar no “lado B” do chip!
Uma das grandes apostas para o futuro é o chamado Backside Power Delivery Network (BSPDN). A ideia é simples (mas brilhante): mover o sistema de alimentação elétrica do chip para o lado de trás da pastilha de silício. Isso reduz a resistência, melhora o controlo de voltagens e, em teoria, gera menos calor.
Mas há um problema: isso torna o chip mais difícil de arrefecer. Simulações apontam para aumentos de temperatura locais até 14 ºC em certas zonas. Estamos a resolver um problema criando outro.
Em telemóveis ou portáteis? Esquece
Tudo isto é espetacular… no papel. Mas em telemóveis ou portáteis, onde o espaço é mínimo, o peso conta, e a autonomia é tudo, grande parte destas soluções são impraticáveis.
Aliás, este problema já vai mostrar a sua cara “feia” nos smartphones super-finos que vão chegar ao mercado no ano de 2025. Telemóveis super finos não têm espaço para sistemas de arrefecimento poderosos. Isto resulta em mais calor, o que por sua vez significa menos performance, e claro, componentes que não vão durar tanto tempo.
Conclusão
Estamos a chegar a um ponto em que o limite não é o silício, é a temperatura. O desempenho vai continuar a crescer, mas se não resolvermos este puzzle térmico, vamos acabar a cortar potência para evitar que os nossos dispositivos… derretam.
