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Los chips del futuro tendrán su propia refrigeración


La carrera por reducir el tamaño del nodo prosigue imparable. Si los últimos procesos litográficos nos han llevado hasta los 5 nanómetros, se espera que el año que viene fabricantes de procesadores como TSMC alcancen los 3 nm. Y ya hay planes para bajar a los 2 nm a medio plazo. Pero esta locura llegará a su fin en algún momento.

Las tecnologías que permiten crear procesadores con nodos cada vez más pequeños y eficientes se aproximan a los límites físicos de fabricación, y algo parecido sucederá con los propios chips. De hecho, los últimos modelos ya están haciendo ciertas «trampas», utilizando diseños no monolíticos e incluso heterogéneos que permiten combinar componentes con distintos tamaños de nodo en un solo producto.

Ordenadores portátiles como el Acer Swift 5, dotado con los últimos procesadores Intel Core, suponen un vistazo a este futuro. Un mañana en el que los chips podrían contar con su propia refrigeración líquida interna para evitar su sobrecalentamiento.

Cómo serán los chips con su propia refrigeración

Aunque mucha gente lo desconoce, grandes firmas como Nvidia, AMD, MediaTek y Qualcomm no fabrican sus propios chips. Técnicamente son fabricantes fabless, sin factorías, diseñando sus productos en base a los avances de producción de contratistas como TSMC, que posteriormente los fabrica. Esta firma taiwanesa produce la mayor parte de los chips de alta tecnología del mundo y, lógicamente, trabaja con calendarios que se extienden más de cinco años en el futuro.

Como parte de esta planificación, TSMC se ve obligada a predecir las características y el rendimiento que tendrán los chips que serán fabricados utilizando procesos que ni siquiera existen en la actualidad. Un factor clave será el calor. Actualmente, la industria se está moviendo hacia el stacking o apilamiento de componentes internos en los chips, por lo que TSMC cree que dichos componentes ya no podrán ser refrigerados únicamente con sistemas de superficie como ventiladores.

En su lugar, los ingenieros de TSMC están trabajando en diseños de chiplets con stacking que utilizarían diminutos canales por los que circularía el agua dentro del propio chip, circulando por todas sus capas (la inferior siempre será la que tenga más problemas para disipar el calor generado) hasta llegar a una especie de «piscina» en la parte superior del chip.

El gran problema al que se enfrenta TSMC es la circulación del agua. Para ello está probando distintos métodos, partiendo de un diseño experimental con un sistema de bombeo externo que refrigera el agua a 25 ºC antes de recircularla. En cierto modo, el mecanismo no es tan distinto del utilizado por los sistemas de refrigeración líquida para equipos gaming… si ignoramos el hecho de que el agua se estaría metiendo dentro del propio chip en lugar de enfriando únicamente su superficie.

Chiplets: el futuro de los procesadores ya está aquí

El motivo de tener que utilizar soluciones de refrigeración tan radicales reside en el hecho de que los procesadores modernos son cada vez más complejos. Ya no solo incorporan una CPU, sino también controladores de memoria e interfaz, procesadores gráficos de altas prestaciones e incluso pequeñas funciones de IA. Y no todos estos componentes pueden ser fabricados con el mismo tamaño de nodo en el un mismo componente.

De esta tesitura nacen los chiplets. Este tipo de procesadores combinan distintos componentes en un único producto, creando una especie de «chip a base de chips» con funciones y componentes muy diferenciados. Ya no es solo una CPU y una pequeña cantidad de memoria, sino básicamente un microordenador en sí mismo. En el futuro, estos chiplets tratarán de ahorrar espacio mediante el apilado de los componentes, aumentando la densidad, pero también generando un calor muy difícil de disipar con medios convencionales.

Actualmente, compañías como Intel ya utilizan diseños muy avanzados de chiplets en su gama Intel Core. El Acer Swift 5 es un gran ejemplo de la clase de ordenador que se puede conseguir gracias a este tipo de procesador, brindando un rendimiento muy elevado y una enorme eficiencia en un equipo sumamente fino y de apenas un kilogramo de peso, cuando hace apenas un par de años su equivalente hubiera tenido el grosor de una guía telefónica.

Sin chiplets, portátiles de estas prestaciones serían simplemente inimaginables. Una buena muestra de la creatividad que deben desplegar los ingenieros para mantener vivo el progreso tecnológico.

Imágenes | Acer, TSMC

Mr Píxel

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