Yüksek performanslı bilgi işlem donanımlarının soğutulması, günümüz veri merkezleri için en büyük zorluklardan biri haline geldi. Yıllardır hava soğutma standart olarak kullanılırken, son yıllarda sıvı soğutma, ılık ve soğuk suyla soğutma, daldırma tipi soğutma gibi çeşitli yöntemler denendi ve uygulanmaya başlandı. Ancak şimdiye kadar pek akla gelmeyen bir yöntem daha geliştiriliyor: Lazerle soğutma.
Yeni ve Sıra Dışı Bir Yaklaşım
Geliştirilmekte olan bu yeni teknoloji, yüksek saflıkta galyum arsenit (GaAs) adı verilen özel bir malzemeden yapılmış soğutma plakaları kullanıyor. Bu plakalar, belirli bir dalga boyundaki odaklanmış lazer ışınlarına maruz kaldığında ısınmak yerine soğuyor. Lazer ışınlarının çoğu zaman ısıtma etkisi yaratmasına rağmen, bu özel mühendislik ürünü kurulumda, GaAs'ın yüksek elektron hareketliliği sayesinde yarı iletken malzeme ısıyı hassas noktalardan atabiliyor. Bu yöntemin, mevcut geleneksel soğutma sistemlerinin yerini almaktan ziyade onlara yardımcı olması hedefleniyor.
Pratik uygulamalarda, ince GaAs bileşenleri doğrudan işlemcilerin en çok ısınan bölgelerine yerleştirilecek. Yarı iletken içindeki mikroskobik desenler, lazer ışınlarını hassas bir şekilde bu sıcak noktalara yönlendirerek oldukça lokalize bir soğutma sağlıyor. Bu sayede tüm sistemi soğutmaya çalışmak yerine, ısı sorununun ortaya çıktığı yerde doğrudan yönetilerek verimlilik artırılıyor. Bu tekniğin kökenleri aslında daha önceki çalışmalara dayanıyor; 2012 yılında yapılan benzer bir deneyde, küçük bir zarın sıcaklığının benzer bir yöntemle -269°C'ye kadar düşürüldüğü biliniyor.
Ayrıca bu teknik, benzersiz bir yetenek daha sunuyor: Isı olarak uzaklaştırılan enerjiyi geri kazanabiliyor. Çiplerden çekilen termal enerji, çevreye dağılmak yerine, tekrar elektrik enerjisine dönüştürülebilen kullanılabilir fotonlar olarak yayılabiliyor. Bu durum, bilgi işlem sistemlerinin genel enerji verimliliğini artırma potansiyeli taşısa da, sürecin ne kadar verimli olacağı henüz belirsizliğini koruyor.
Yüksek Maliyetler ve Üretim Zorlukları
Soğutma için GaAs yarı iletkenlerini kullanma yaklaşımı yenilikçi olsa da, hem maliyet hem de üretilebilirlik açısından ciddi zorlukları beraberinde getiriyor.
Öncelikle, ultra saf GaAs plakalarının üretimi, moleküler ışın epitaksi (MBE) veya metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) gibi karmaşık ve enerji yoğun teknikler gerektiriyor. Ultra saf kristal katmanlarla çalışıldığı için hata oranları yüksek olabiliyor ve bu da maliyetleri artırıyor. Şu anda 200 mm boyutunda bir GaAs plakasının maliyeti yaklaşık 5.000 dolar civarındayken, aynı boyuttaki bir silikon plakanın fiyatı 5 dolar kadar düşük olabiliyor.
GaAs tabanlı bileşenlerin, geleneksel silikon tabanlı çiplerle aynı plaka üzerinde sorunsuz bir şekilde entegre edilmesi de mümkün değil. Ancak, geleneksel çipleri (veya çipletleri) soğutmak için GaAs kullanmak isteyenler, silikon fotonik kullanan sistemler için iyi bilinen heterojen 3D entegrasyon veya plaka birleştirme gibi tekniklere başvurabilirler. Bu teknikler oldukça pahalı olsa da, GaAs plakalarının kendi maliyeti kadar yüksek olmayabilir.
Geliştirmenin Erken Aşaması
Şu anda konsept, deney ve modelleme aşamasında bulunuyor. Yapılan simülasyonların yöntemin umut verici olduğunu gösterdiği, ancak fiziksel denemelerle henüz tam bir sistem üzerinde doğrulanmadığı belirtiliyor. Testler şimdiye kadar tam bir kurulum yerine ayrı bileşenlerle sınırlı kalmış durumda.
Çalışır bir prototipin 2025 sonbaharına kadar tamamlanması bekleniyor. İlginç bir şekilde, bu teknolojiye şimdiden erken ilgi gösterenler olduğu ve ilk sistemlerin önümüzdeki iki yıl içinde teslim edilmesinin planlandığı ifade ediliyor. Geliştirme sürecinin plana uygun gitmesi durumunda, daha geniş çaplı erişimin 2027 sonunda mümkün olabileceği öngörülüyor.
