Spremljanje temperature neposredno v procesorjih

Raziskovalci z ameriške univerze Penn State so predstavili novo vrsto mikroskopskih temperaturnih senzorjev, ki so dovolj majhni, da jih je mogoče vgraditi neposredno v računalniške procesorje. Gre za t. i. atomarno tanke termometre, izdelane iz naprednih dvodimenzionalnih materialov.

Vsak senzor meri približno 1 kvadratni mikrometer, kar pomeni, da bi jih lahko na enem samem čipu namestili na tisoče. Zaradi svoje majhnosti lahko spremljajo temperaturo lokalno, kot na primer neposredno v bližini posameznih tranzistorjev.

Sodobni procesorji med delovanjem hitro segrevajo. V trenutnih sistemih so temperaturni senzorji običajno nameščeni zunaj samega čipa, zato ne zaznajo dovolj hitro majhnih ali zelo lokalnih temperaturnih skokov. Posledično mora procesor pogosto znižati zmogljivost celotnega jedra, tudi če je vroča le majhna površina čipa.

Nova tehnologija temelji pa na posebnem razredu dvodimenzionalnih materialov, imenovanih bimetalni tiofosfati. Ti materiali omogočajo, da se ioni v strukturi še vedno premikajo tudi takrat, ko skozi material teče električni tok. Ta lastnost, ki je v klasičnih tranzistorjih običajno nezaželena, se v tem primeru uporablja za zaznavanje temperaturnih sprememb.

Senzorji lahko zaznajo spremembo temperature v približno 100 nanosekundah, kar pomeni izjemno hitro odzivnost. Poleg tega porabijo tudi precej manj energije kot obstoječi temperaturni senzorji. Po prvih ocenah raziskovalcev celo do 80-krat manj.

Pomembna prednost nove zasnove je tudi ta, da senzorji uporabljajo enak električni tok kot procesor, zato ne potrebujejo dodatne elektronike ali pretvornikov signalov. To omogoča enostavnejšo integracijo v prihodnje čipe.

Raziskava je bila objavljena v znanstveni reviji Nature Sensors, raziskovalci pa poudarjajo, da gre trenutno še za dokaz koncepta. Če bo tehnologijo mogoče prenesti v industrijsko proizvodnjo, bi lahko omogočila veliko natančnejše upravljanje temperature v prihodnjih procesorjih in drugih integriranih vezjih. Takšni senzorji bi lahko v prihodnosti pomagali izboljšati stabilnost, učinkovitost in zmogljivost računalniških čipov, saj bi omogočili bolj natančno nadzorovanje toplote neposredno na ravni posameznih komponent.