Huyền Trang
Writer
Trong bối cảnh các trung tâm dữ liệu hiện đại đang vật lộn với bài toán tản nhiệt ngày càng hóc búa, một startup mang tên Maxwell Labs, với sự hậu thuẫn từ Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia, đang dấn thân vào một hướng đi táo bạo chưa từng có đó là làm mát phần cứng hiệu năng cao bằng tia laser!
Thông thường, nhiều người khi nghĩ tới tia laser sẽ nghĩ tới tia sở hữu nhiệt độ cao có thể cắt nhiều vật liệu khác nhau. Trong khi đó, tia laser được phát minh bởi Maxwell Labs lại giúp tản nhiệt, nhiều người sẽ thắc mắc về điều phi lý trên. Nghe có vẻ nghịch lý, nhưng công nghệ đột phá của Maxwell Labs lại đang chứng minh điều ngược lại.
Bí mật nằm ở các tấm dẫn nhiệt làm từ vật liệu gallium arsenide (GaAs) siêu tinh khiết, một loại bán dẫn sở hữu khả năng di chuyển electron vượt trội. Khi tia laser với bước sóng được tính toán kỹ lưỡng chiếu vào GaAs, thay vì tỏa nhiệt như thường thấy, vật liệu này lại giải phóng nhiệt có kiểm soát tại những vị trí được định sẵn.
Để ứng dụng vào thực tế, các tấm GaAs siêu mỏng sẽ được đặt trực tiếp lên những điểm nóng nhất trên chip xử lý. Những hoa văn siêu nhỏ được khắc trên bề mặt vật liệu có vai trò dẫn tia laser một cách chính xác đến những khu vực cần làm mát. Phương pháp này không hướng đến việc thay thế hoàn toàn các hệ thống tản nhiệt truyền thống, mà tập trung vào làm mát cục bộ với độ chính xác tuyệt đối và chỉ nhắm đến những nơi phát sinh nhiệt, thay vì làm mát toàn bộ hệ thống.
Một điểm độc đáo khác và có lẽ là điểm ******* của công nghệ này, là nhiệt lượng được lấy đi có thể được thu lại dưới dạng photon, sau đó chuyển hóa ngược trở lại thành điện năng. Nếu được triển khai hiệu quả, nó sẽ mở ra tiềm năng to lớn trong việc nâng cao hiệu suất năng lượng tổng thể cho hệ thống điện toán – một mục tiêu tối quan trọng trong bối cảnh ngành AI đang "khát" năng lượng hơn bao giờ hết.
Mặc dù đầy hứa hẹn, công nghệ này hiện vẫn đang trong giai đoạn mô phỏng và thử nghiệm trên các thành phần riêng lẻ. CEO của Maxwell Labs, ông Jacob Balma, cho biết bản dựng đầy đủ đầu tiên với tên gọi MXL-Gen1 dự kiến sẽ được hoàn thiện vào mùa thu năm 2025.
Tuy nhiên, con đường đến với tương lai của công nghệ làm mát bằng laser không hề bằng phẳng. Rào cản lớn nhất hiện nay nằm ở chi phí và khả năng sản xuất. Các tấm wafer GaAs siêu tinh khiết chỉ có thể được chế tạo bằng những quy trình cực kỳ tốn kém và phức tạp, chẳng hạn như MBE (molecular beam epitaxy) hoặc MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition). Những quy trình này rất dễ xảy ra lỗi, dẫn đến chi phí bị đội lên một cách chóng mặt.
Hiện tại, một tấm wafer GaAs đường kính 200mm có giá lên tới khoảng 5.000 USD, trong khi một tấm wafer silicon cùng kích cỡ chỉ có giá vỏn vẹn… 5 USD. Thêm vào đó, GaAs không thể tích hợp trực tiếp với chip silicon truyền thống trên cùng một tấm wafer. Để khắc phục vấn đề này, các nhà nghiên cứu sẽ phải sử dụng các kỹ thuật ghép lớp 3D hoặc wafer bonding – vốn được ứng dụng trong lĩnh vực silicon photonics – tuy khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng lại càng làm tăng chi phí sản xuất.
Liệu Maxwell Labs có thể vượt qua những thách thức này và biến ý tưởng làm mát chip bằng laser từ một điều "điên rồ" thành một cuộc cách mạng tản nhiệt thực sự? Câu trả lời vẫn còn ở phía trước, nhưng những gì mà họ đang làm thực sự rất đáng để chúng ta theo dõi.
Thông thường, nhiều người khi nghĩ tới tia laser sẽ nghĩ tới tia sở hữu nhiệt độ cao có thể cắt nhiều vật liệu khác nhau. Trong khi đó, tia laser được phát minh bởi Maxwell Labs lại giúp tản nhiệt, nhiều người sẽ thắc mắc về điều phi lý trên. Nghe có vẻ nghịch lý, nhưng công nghệ đột phá của Maxwell Labs lại đang chứng minh điều ngược lại.
Bí mật nằm ở các tấm dẫn nhiệt làm từ vật liệu gallium arsenide (GaAs) siêu tinh khiết, một loại bán dẫn sở hữu khả năng di chuyển electron vượt trội. Khi tia laser với bước sóng được tính toán kỹ lưỡng chiếu vào GaAs, thay vì tỏa nhiệt như thường thấy, vật liệu này lại giải phóng nhiệt có kiểm soát tại những vị trí được định sẵn.
Để ứng dụng vào thực tế, các tấm GaAs siêu mỏng sẽ được đặt trực tiếp lên những điểm nóng nhất trên chip xử lý. Những hoa văn siêu nhỏ được khắc trên bề mặt vật liệu có vai trò dẫn tia laser một cách chính xác đến những khu vực cần làm mát. Phương pháp này không hướng đến việc thay thế hoàn toàn các hệ thống tản nhiệt truyền thống, mà tập trung vào làm mát cục bộ với độ chính xác tuyệt đối và chỉ nhắm đến những nơi phát sinh nhiệt, thay vì làm mát toàn bộ hệ thống.
Một điểm độc đáo khác và có lẽ là điểm ******* của công nghệ này, là nhiệt lượng được lấy đi có thể được thu lại dưới dạng photon, sau đó chuyển hóa ngược trở lại thành điện năng. Nếu được triển khai hiệu quả, nó sẽ mở ra tiềm năng to lớn trong việc nâng cao hiệu suất năng lượng tổng thể cho hệ thống điện toán – một mục tiêu tối quan trọng trong bối cảnh ngành AI đang "khát" năng lượng hơn bao giờ hết.
Mặc dù đầy hứa hẹn, công nghệ này hiện vẫn đang trong giai đoạn mô phỏng và thử nghiệm trên các thành phần riêng lẻ. CEO của Maxwell Labs, ông Jacob Balma, cho biết bản dựng đầy đủ đầu tiên với tên gọi MXL-Gen1 dự kiến sẽ được hoàn thiện vào mùa thu năm 2025.
Tuy nhiên, con đường đến với tương lai của công nghệ làm mát bằng laser không hề bằng phẳng. Rào cản lớn nhất hiện nay nằm ở chi phí và khả năng sản xuất. Các tấm wafer GaAs siêu tinh khiết chỉ có thể được chế tạo bằng những quy trình cực kỳ tốn kém và phức tạp, chẳng hạn như MBE (molecular beam epitaxy) hoặc MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition). Những quy trình này rất dễ xảy ra lỗi, dẫn đến chi phí bị đội lên một cách chóng mặt.
Hiện tại, một tấm wafer GaAs đường kính 200mm có giá lên tới khoảng 5.000 USD, trong khi một tấm wafer silicon cùng kích cỡ chỉ có giá vỏn vẹn… 5 USD. Thêm vào đó, GaAs không thể tích hợp trực tiếp với chip silicon truyền thống trên cùng một tấm wafer. Để khắc phục vấn đề này, các nhà nghiên cứu sẽ phải sử dụng các kỹ thuật ghép lớp 3D hoặc wafer bonding – vốn được ứng dụng trong lĩnh vực silicon photonics – tuy khả thi về mặt kỹ thuật, nhưng lại càng làm tăng chi phí sản xuất.
Liệu Maxwell Labs có thể vượt qua những thách thức này và biến ý tưởng làm mát chip bằng laser từ một điều "điên rồ" thành một cuộc cách mạng tản nhiệt thực sự? Câu trả lời vẫn còn ở phía trước, nhưng những gì mà họ đang làm thực sự rất đáng để chúng ta theo dõi.
