I chip tradizionali sono ormai giunti al capolinea per quel che riguarda l'aumento delle prestazioni, dice Ibm. Infatti già ora, per realizzare processori sempre più potenti, la via maestra che viene battuta porta ad aumentare il numero di unità di esecuzione presenti (le Cpu multicore ormai onnipresenti).

I ricercatori IBM di Zurigo, però, in collaborazione con il Fraunhofer Institute di Berlino, hanno realizzato un'alternativa: un chip tridimensionale che integra il sistema di raffreddamento attraverso un sistema di tubazioni in cui scorre acqua, che collega direttamente i vari strati dello stack.

In questi cosidetti 3D chip stacks, i chip e i dispositivi di memoria, che solitamente sono posti uno accanto all'altro su un wafer di silicio, sono impilati uno sull'altro fornendo quello che Ibm definisce uno degli approcci più promettenti per aumentare le prestazioni oltre ogni aspettativa.

La ricerca prevede anche l'ideazione di un modo per impilare la memoria sopra ai processori e successivamente sovrapporre più strati di processori. In uno scenario così futuristico, se le prestazioni schizzeranno alle stelle, lo stesso farà la quantità di calore prodotto, e i sistemi di raffreddamento rappresenteranno una sfida estremamente impegnativa.

"Nel posizionare i chip uno sull'altro per potenziare la capacità del processore di elaborare i dati" - spiega Thomas Brunschwiler, project leader ai laboratori di ricerca Ibm di Zurigo - "abbiamo notato che i tradizionali sistemi di raffreddamento collegati sul retro del chip offrono scarsi livelli di scalabilità. Per poter sfruttare al meglio le potenzialità della tecnologia 3D chip stacking occorre un sistema di raffreddamento su più strati". Sfortunatamente, "finora nessuno è riuscito a fornire soluzioni realizzabili per far fronte a questo problema".

La dispersione di calore sarebbe infatti pari a 1 kilowatt in un volume di mezzo centimetro cubo, 10 volte superiore a qualunque altro dispositivo creato dall'uomo.

Perciò, Brunschwiler e la sua squadra hanno integrato all'interno di strutture di raffreddamento una serie di mini-tubazioni ad acqua fini come capelli (50 micron) posizionadole tra gli strati dei chip così da rimuovere il calore direttamente dalla fonte in modo efficace. I sistemi di raffreddamento tradizionali, infatti, posti al di sopra del singolo strato di chip (disspitatore, ventola) in questo caso sarebbero inefficaci.

Uno dei più grossi ostacoli affrontati dal team ha riguardato la creazione di sistema che fosse in grado di massimizzare il flusso d'acqua tra i layer ma allo stesso tempo capace di sigillare ermeticamente le interconnessioni, per evitare che l'acqua provocasse dei cortocircuiti al sistema.

I ricercatori si sono ispirati al cervello umano, dove "milioni di nervi e neuroni sono connessi per il passaggio di informazioni ma non interferiscono assolutamente con le decine di migliaia di vasi sanguigni per quanto riguarda il raffreddamento e il fabbisogno di energia", hanno spiegato. La precisione necessaria per imitare la natura deve essere di 10 micron, 10 volte maggiore rispetto a quella necessaria per i chip attuali.

Nonostante il successo ottenuto con la realizzazione del prototipo, la ricerca continua ancora: il team di Ibm sta lavorando, oltre che al miglioramento dei chip tridimensionali, sulla possibilità di riutilizzare il calore generato dai data center catturando l'acqua quando è alla massima temperatura e indirizzandola nell'impianto termoidraulico dell'edificio.