Bizim dizüstü bilgisayarlarımıza olan aşırı ısınma problemi, dünya genelindeki bilgisayar sunucuları ve veri merkezlerini de etkiliyor — ve bilgisayar çipleri daha kompakt ve güçlü hale geldikçe ısı yönetimi daha da zorlaşıyor.
Çipler içindeki ısının mikro ölçekli hareketini anlamak, performanslarını sürekli olarak geliştirmek için esastır. Ne yazık ki, ısı akışını ölçme yöntemlerinin çoğu, modern dünyamızı güçlendiren elektronik gibi çok katmanlı cihazlarla başa çıkmakta zorlanıyor.
Şimdi MIT araştırmacıları, çok katmanlı malzemelerde ısının nasıl hareket ettiğini incelemek için yeni bir yol gösterdi. Bu yöntem, birden fazla katmanı delip geçen X-ışınları ile ısı iletimi için lazer darbelerini birleştiriyor. Araştırmacılar, bu tekniği, transistörler ve esnek elektronikler için umut verici bir cihazın içindeki ısının nasıl hareket ettiğini ölçmek için kullandı.
Yöntem o kadar hassastı ki, araştırmacıların cihazdaki tek bir mikron ölçeğindeki kusurun etkisini nicel olarak belirlemelerine olanak tanıdı ve bu noktada malzemenin ısı iletim yeteneğinde şaşırtıcı bir dört kat azalma ortaya çıkardı. Ayrıca, kusurun ısının düzensiz yayılmasına neden olduğunu, bir yönde diğerine göre daha kolay hareket ettiğini buldular.
Ekip, bu yaklaşımın araştırmacılara cihazlardaki aşırı ısınmayı anlamalarına yardımcı olabileceğine ve şirketlerin AI uygulamalarından giyilebilir teknolojilere ve temiz enerji sistemlerine kadar her şey için daha güç yoğun elektronikler geliştirmelerine yardımcı olabileceğine inanıyor.
“Çip geliştiricilerin ısıyı yönetebilen cihazlara ihtiyacı var,” diyor MIT Nükleer Bilim ve Mühendislik bölümünde doçent olan ve Nature Communications dergisinde bu çalışmayla ilgili açık erişim makalenin eş-yazarı Mingda Li. “Aşırı ısınmanın cihaz performansında gerçek bir darboğaz haline geldiğini düşünüyorum. Geleneksel tekniklerle bu teşhisleri yaparken, mikro veya nanometre ölçeğine inemediler. Ama sonunda, ısı taşıyıcılarını incelemek ve tam olarak neyin arızaya neden olduğunu anlamak için bunun ötesine geçmek istiyorlar; böylece yerel sıcak noktaları önleyebilir ve daha iyi cihazlar tasarlayabilirler. Bu yaklaşım bu yönde bir adım.”
Li'nin makalesinde eş-yazarlar arasında Thanh Nguyen PhD ’24 ve MIT doktora sonrası araştırmacısı Chuliang Fu; doktora adayı Mouyang Cheng; Abhijatmedhi Chotrattanapituk ’21, SM ’26; Denisse Córdova Carrizales SM ’26; Eunbi Rha SM ’26; Tyra Espedal ’26; Buxuan Li PhD ’24; Shivam Kajale SM ’23, PhD ’26; Tongtong Liu PhD ’23; Kuan Qiao PhD ’22; Texas Üniversitesi'nde yardımcı doçent Zhantao Chen SM ’18, PhD ’22; Argonne Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları Kumar Neeraj, Donald Walko ve Haidan Wen; MIT Baş Araştırma Bilimcisi Svetlana Boriskina; MIT Doçenti Deblina Sarkar; ve eş-yazar ve MIT Doçenti Jeehwan Kim yer alıyor.
Isıyı İzlemek
Daha güçlü bilgisayarlar ve elektronikler yapmak genellikle daha fazla transistörü daha küçük bir alana sıkıştırmakla ilgilidir. Ancak bu transistörler birbirine yaklaştıkça, cihaz çalıştıkça daha fazla ısınır ve daha fazla ısının taşınması gerekir.
Çoğu insan bu sorunu dizüstü bilgisayarlarının kucağında aşırı ısınmasıyla öğrenir. Veri merkezi ölçeğinde, bu, sunucuları soğutmak için muazzam bir enerji miktarının ayrılması gerektiği anlamına gelir.
Daha güç yoğun bilgisayarlar ve elektronikler tasarlama çabası, dolayısıyla ısının en verimli şekilde taşınabileceği malzemeleri bulma çabasıdır.
Araştırmacılar, malzemeler arasında ısı akışını ölçmek ve modellemek için birçok yöntem kullandı, ancak gerçekçi cihaz mimarilerini incelemek söz konusu olduğunda hepsinin sınırlamaları var. Örneğin, mikroskobik düzeyde ısıyı incelemek için yaygın bir optik yöntem, zaman alanı termal yansıma olarak adlandırılır.
“Bu teknik optik kullandığı için, farklı katmanları incelemenize izin vermez,” diye açıklıyor Kim. “Gerçek cihazlar beş veya daha fazla katmana sahiptir. Ayrıca yalnızca genel bir sinyal sağlar ve bu, yüzeyin altındaki kat
