De natuur inspireert technologie wel vaker, maar onderzoekers van IBM kijken naar bloed om hitte- en powerproblemen van chips aan te pakken. E-bloed is in ontwikkeling om verkoeling en tegelijk vermogen te geven.
Onderzoekers bij IBM Research in Zürich werken al enkele jaren aan een oplossing voor de toenemende problemen voor chipskoeling en ook – stroomvoorziening. De steeds hogere dichtheid van moderne chips en de overgang naar driedimensionaal ‘gestapelde’ chips zorgt voor nieuwe hittezones waarbij conventionele koelingsmethodes niet toereikend zijn. Verder geeft de verkleining van componenten een toenemend risico van onderlinge signaalstoring door de signalen zelf en door de stroomvoorziening.
Geïnspireerd door het brein
Onder de wat vreemd overkomende benaming ‘Towards five-dimensional scaling’ hebben de IBM-onderzoekers een oplossing bedacht. De hierbij genoemde vijf dimensies slaan niet op hogere wiskunde. Ze betreffen de optelsom van gestapelde ‘2D’-chips (die daarmee 3D zijn) en daaraan toegevoegd de vierde en vijfde ‘dimensie’ van elektriciteitsaanvoer en koeling. Om de hoge integratiedichtheid van toekomstige computers beter aan te kunnen, hebben de wetenschappers gekeken naar de mens.
Specifiek: het ontwerp van het menselijk brein is bestudeerd. Dat is immers al een 3D-architectuur met vele interconnects, vloeistofkoeling en bezorging van ‘vermogen’ (in de vorm van chemicaliën) waarbij een en dezelfde vloeistof zorgt voor koeling en ‘power delivery’. Bovendien is er maar weinig noodzaak voor pompvermogen om de vloeistof rond te laten gaan.
Superstacks stapelen
Hiermee denken de onderzoekers een oplossing te hebben voor aankomende problemen van hecht geïntegreerde 3D-chips. Verticale integratie levert namelijk flinke efficiencyvoordelen op voor geheugentoegang (snelheid én bandbreedte), maar vormt een hindernis voor koeling en vermogen. Tussenlagen voor koeling verhelpen dit enigszins, zodat er meerdere chipstacks zijn te stapelen. Echter, het probleem voor stroomtoevoer – en datadoorvoer – blijft dan, aldus de IBM-wetenschappers.
Zij stellen dan ook een elektrochemische vloeistof voor die de noodzaak wegneemt voor een microscopisch netwerk dat de stroomtoevoer verzorgt. Zo dient het merendeel van de pinnen onderop moderne processors voor de toevoer van elektriciteit. De ruimte die valt te winnen – zeker in chipstapels – door deze stroominfrastructuur te schrappen, valt dan te benutten voor meer communicatiekanalen tussen chipcomponenten. Dat maakt op zijn beurt weer flink hogere en grotere stacks mogelijk, voorspelen de onderzoekers. Systemen voorbij exascale-rekenvermogen komen dan in beeld.
Vers bloed
Dergelijke toekomstige systemen zijn dus mogelijk dankzij ‘elektronisch bloed’; een vloeistof die voor vermogen en koeling zorgt. Het onderzoekswerk verkeert nog altijd in een vroeg stadium. Zo moet het e-bloed na rondstromen door een systeem opnieuw worden opgeladen. Er is dus sprake van ouderwetse i/o: vers e-bloed gaat de computer in en wordt opgevangen om te worden vervangen. Een operatiekamer-achtige operatie, zo weet techblog Ars Technica te melden in een reportage bij IBM Research in Zürich.
