Kapalná energie pro čipy

Mikročipy chlazené a napájené kapalinou mohou jednoho dne strčit do kapsy i superpočítač typu Watson.

Mikročipy nebo zařízení, která je obsahují, obvykle nemáčíme. To by pravděpodobně nedopadlo dobře. Nový druh čipů, který je napájen i chlazen proudící kapalinou, by však mohl v budoucnu zásobovat energií počítače, chytré telefony nebo tablety. Pokud bude projekt společnosti IBM úspěšný, pak by se velký superpočítač typu Watson mohl zmenšit tak, že by se vešel do mobilních kapesních přístrojů. Jen pro představu – superpočítač Watson potřeboval k provozu příkon 85 kW, což by stačilo k vytápění tuctu domů a jeho servery vyžadují tolik prostoru jako 10 velkých mrazáků.

Vývojáři se při vývoji nového mikročipu inspirovali způsobem, jakým je energií zásobován lidský mozek. Podle Bruna Michela z výzkumné laboratoře IBM v Curychu je mozek 10 000krát efektivnější než jakýkoliv dnešní počítač. Umožňuje to velmi účinná síť kapilár a krevních cév, které současně přenášejí teplo a energii. Nová koncepce mikročipů spočívá ve skládání stovek křemíkových destiček na sebe způsobem, jímž se vytvoří trojrozměrné procesory. Mezi každou vrstvou je dvojice sítí s kapalinou. Jedna síť vede nabitou kapalinu k pohonu čipu, zatímco druhá teplo z aktivních tranzistorů odvádí. Vytváří se tak mikroskopická průtočná baterie (flow batery).

Trojrozměrné čipy se již podařilo vyrobit a procesory Ivy Bridge společnosti Intel se mají ve spotřebitelských produktech objevit letos (v roce 2012). Budou využívat vertikální tranzistory, což umožní umístit v daném prostoru více komponent a ve srovnání s dvourozměrnými konvenčními čipy získat mnohonásobně větší procesní energii.

Používání kapalin pro chlazení trojrozměrných čipů není novým řešením, zcela nové je však současné použití kapaliny i jako zdroje energie. Tento biologií inspirovaný přístup by umožnil podstatně snížit spotřebu elektřiny. Bruno Michel tvrdí, že se svými spolupracovníky již prokázal možnost použití kapaliny k přenosu elektřiny sítí kapalinových kanálků. V plánu je výroba prototypového čipu do roku 2014. Pokud bude vývoj úspěšný, pak superpočítač typu Watson skončí v kapse a bude poháněn baterií podobné té, která je dnes v mobilním telefonu.

„Krev“ z vanadu

K napájení průtokových čipů použil Bruno Michel z IBM redox flow battery (redukčně‑oxidační průtoková baterie), která využívá energii uvolňovanou při změnách oxidačních stavů. Do zařízení se paralelními kanály pumpují dva elektrolyty z vnějších nádrží. Kapaliny obsahují různé typy vanadových iontů – elektrony „tečou“ od jednoho k druhému a vytvářejí elektrický proud. Zpětný proces, tj. nabití baterie, se dosáhne připojením napětí.

Zkrácený překlad podle: Duncan Graham‑Rowe: Liquid power for chips. New Scientist, 2011, č. 2839, s. 25.