Des ingénieurs de l’UCLA ont démontré l’intégration réussie d’un nouveau matériau semi-conducteur dans des puces d’ordinateur à haute puissance. Une opération qui permettra de réduire la chaleur sur les processeurs et d’améliorer leurs performances. Cette avancée augmente considérablement l’efficacité énergétique des ordinateurs. Cela permet ainsi d’éliminer la chaleur au-delà des meilleurs dispositifs de gestion thermique actuellement disponibles.
Les recherches ont été menées par Yongjie Hu, professeur associé d’ingénierie mécanique et aérospatiale à la Samueli School of Engineering de l’UCLA. Nature Electronics a récemment publié cette découverte dans cet article.
Au fil des ans, les processeurs informatiques se sont réduits à l’échelle du nanomètre, avec des milliards de transistors sur une seule puce. Si l’augmentation du nombre de transistors contribue à rendre les ordinateurs plus rapides et plus puissants, elle génère également davantage de points chauds dans un espace hautement condensé. Sans un moyen efficace de dissiper la chaleur pendant le fonctionnement, les processeurs des ordinateurs ralentissent. Ce qui se traduit par conséquent par une informatique peu fiable et inefficace. En outre, la forte concentration de chaleur et la montée en flèche des températures sur les puces d’ordinateur nécessitent une énergie supplémentaire pour empêcher les processeurs de surchauffer.
Arséniure de bore : un nouveau matériau de gestion thermique
Afin de résoudre ce problème, Hu et son équipe avaient ouvert la voie au développement d’un nouveau matériau de gestion thermique à ultra-haute température. Les chercheurs ont développé de l’arséniure de bore sans défaut dans leur laboratoire. Ils ont ainsi constaté qu’il était beaucoup plus efficace pour attirer et dissiper la chaleur que d’autres matériaux métalliques ou semi-conducteurs connus tels que le diamant et le carbure de silicium. Maintenant, pour la première fois, l’équipe a réussi à démontrer l’efficacité du matériau en l’intégrant dans des dispositifs de haute puissance.
Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des puces informatiques dotées de transistors à large bande interdite de pointe en nitrure de gallium, appelés transistors à haute mobilité électronique (HEMT). Lorsque les processeurs fonctionnaient à une capacité presque maximale, les puces qui utilisaient de l’arséniure de bore comme dissipateur de chaleur ont montré une augmentation maximale de la chaleur de la température ambiante à près de 188 degrés Fahrenheit. Ce chiffre est nettement inférieur à celui des puces utilisant le diamant pour diffuser la chaleur ou à celui des puces utilisant le carbure de silicium.
Un matériau idéal pour la gestion de la chaleur
« Ces résultats montrent clairement que les dispositifs en arséniure de bore peuvent soutenir une puissance de fonctionnement beaucoup plus élevée que les processeurs utilisant des matériaux traditionnels de gestion thermique », a déclaré M. Hu.
Selon Hu, l’arséniure de bore est idéal pour la gestion de la chaleur. Il présente en effet non seulement une excellente conductivité thermique, mais aussi une faible résistance au transport de la chaleur.
« Lorsque la chaleur traverse une frontière d’un matériau à un autre, il y a généralement un certain ralentissement pour passer dans le matériau suivant », a déclaré Hu. La caractéristique clé de notre matériau d’arséniure de bore est sa très faible résistance au passage de la chaleur. C’est un peu comme si la chaleur avait juste besoin d’enjamber une bordure, au lieu de sauter une haie.
L’équipe a également développé le phosphure de bore comme autre excellent candidat pour la diffusion de la chaleur. Au cours de leurs expériences, les chercheurs ont d’abord illustré la manière de construire une structure semi-conductrice à l’aide d’arséniure de bore. Ils ont ensuite intégré le matériau dans une puce HEMT. Cette démonstration réussie ouvre la voie à l’adoption de cette technologie par l’industrie.
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