İşlemci Çipleri İçin Atom Kalınlığında Yeni Nesil Sıcaklık Sensörü Geliştirildi

Pensilvanya Eyalet Üniversitesi’nde görev yapan araştırmacılar işlemci çiplerinin içine doğrudan gömülebilen atom kalınlığında tek sıcaklık sensörü geliştirdi. Nature Sensors dergisinin 6 Mart sayısında yayımlanan çalışmaya göre, bu sensörler sıcaklık dalgalanmalarını yalnızca 100 nanosaniye gibi oğullar seviye kısa tek sürede belirleme edebiliyor. Araştırmacılar, bu buluşla birlikteki çağdaş işlemcilerde yaşanan ısınma sualnlerinin çok daha erkenden safhada belirlenmesini amaçlıyor.

Atom İnceliğindeki Sensörler Çip İçindeki Isı Değişimlerini Anında Algılıyor

Modern işlemci tasarımlarında üreticiler genelleme çip yüzeyinin dışında başlıkmlandırılan sıcaklık sensörleri kullanıyor. Bu yaklaşım işlemci içindeki çok küçük sıcaklık değişimlerinin hızlı şekilde algılanmasını güçlaştırıyor. İşlemci çekirdeklerinde ya da tekil transistörlerde oluşan anilik sıcaklık artışları çoğu zamanlar dış sensörler tarafından gecikmeli biçimde ayrım ediliyor.

Bu erteleme dolayı işlemciler güvenliği sağlamak için tüm çekirdeklerde yaygınlaşan tek termal kısıtlama uyguluyor. İşlemciler bu süreçte performansı düşüren “thermal throttling” yöntemine başvuruyor. Araştırmacılar geliştirdikleri atom inceliğindeki sensörlerle bu sualnu doğrudan işlemci içinde belirleme etmeyi amaçlıyor.

Araştırma ekibi, geliştirdikleri sensörün temeline ikisi boyutlu bimetalik tiyofosfat adlı özgün tek malzemeyi yerleştirdi. Bu malzemede iyonlar, elektrik akımı altında hareketliliğini sürdürüyor. Klasik çip tasarımlarında genelleme istenmeyen tek şart olarak nitelendirilen bu iyon hareketi, araştırmacılar tarafından sıcaklık ölçümü lehine çevrildi.

Sensörler, işlemcide hâlihazırda şimdiki olan elektrik akımlarını kullanarak sıcaklık değişimlerini doğrudan okuyabiliyor. Herhangi tek ilave devre ya da karmaşık hatırlatma çevirici bileşen lüzumtirmeyen bu yapı, sensör mimarisini büyük ölçüde yalınleştiriyor.

Araştırmacılar geliştirdikleri sensörlerin yaklaşık 1 mikrometre dörtgen büyüklüğünde olduğunu belirtiyor. Bu ölçü tekbaşına tek işlemci çipi üzerine binlerce sensör yerleştirilebileceği manaına geliyor. Araştırma ekibi bu sayede işlemcilerin farklı bölgelerindeki sıcaklık değişimlerinin çok daha duyarlı biçimde takip edilebileceğini ifadeleri ediyor.

Yeni sensörlerin reaksiyon süresi yalnızca 100 nanosaniye seviyesinde bulunuyor. Bu süre insanoğlu gözünün kırpma hızından milyonlarca kat daha hızlı gerçekleşiyor. Araştırma ekibi ayrıca yepyeni sensörlerin gelenekselliği silikon tabanlı sıcaklık sensörlerine kıyasla yaklaşık 80 kat dahaaz güç tükettiğini açıkladı.

Araştırma ekibi geliştirdikleri sensörlerin şu an için tek kanıt niteliğinde prototip olduğunu vurguluyor. Araştırmacılar sensörleri laboratuvarlar ortamında testleri etti. Teknolojinin ticari işlemcilerde kullanılabilmesi için yarı iletken üreticilerinin bu yaklaşımı büyük ölçekli üretim süreçlerinde doğrulaması lüzumiyor.

Araştırmacılar, geliştirdikleri sensörün hızlı reaksiyon süresi, küçük ölçü ve düşük güç tüketimi gibi özelliklerinin ileriki kuşak işlemci tasarımlarında önemli avantajlar sağlayabileceğini belirtiyor. Uzmanlar, bu tür sensörlerin özellikle yüksek performanslı işlemciler ve bilgi orta donanımlarında yepyeni tek termal yönetim anlayışının önünü açabileceğini değerlendiriyor.