Raffreddare i chip con i laser, rimuovendo il calore dagli hotspot per riciclarlo in energia

Maxwell Labs, una startup supportata dai Sandia National Laboratories e dall'Università del New Mexico, sta esplorando un approccio alternativo al raffreddamento dei chip: l'uso di laser. L'intenzione non è sostituire completamente gli attuali sistemi di raffreddamento, ma potenziarli.

Come spiegato a The Register, l'idea alla base è l'utilizzo di "cold plate fotonici", realizzati in arseniuro di gallio ultrapuro. Questo materiale, se esposto a un laser coerente di una determinata lunghezza d'onda, può dissipare calore invece di assorbirlo, grazie a interazioni peculiari tra fotoni e atomi del semiconduttore. Già nel 2012, esperimenti simili avevano permesso di raffreddare membrane nanoscalari fino a -269°C.

Maxwell Labs intende però mantenere l'applicazione su scala contenuta, concentrandosi esclusivamente sui "punti caldi" (hotspot) all'interno dei chip, grandi solo pochi centinaia di micron. Per questo, le piastre saranno dotate di microstrutture che indirizzano il raggio laser esattamente dove serve, ottimizzando l'efficienza senza tentare di raffreddare l'intero sistema.

Secondo il fisico Raktim Sarma, responsabile del progetto per Sandia, si tratta del primo tentativo di applicazione della refrigerazione fotonica nel contesto di carichi di lavoro reali dei datacenter. Ad oggi, il sistema è ancora in fase di simulazione e test parziali: non esiste ancora una versione completamente integrata. Tuttavia, la collaborazione con Sandia e l'Università del New Mexico ha già permesso di validare singoli componenti.

Oltre al potenziale di raffreddamento, la tecnologia offre un altro vantaggio, il recupero energetico. Secondo Jacob Balma, CEO e scienziato capo di Maxwell Labs, parte del calore disperso dai chip può essere riconvertita in elettricità, grazie all'emissione fotonica del materiale.

Nonostante le potenzialità, le sfide non mancano. La produzione di arseniuro di gallio ultrapuro richiede tecniche complesse come l'epitassia a fascio molecolare, con costi elevati e un rischio significativo di difetti. Un wafer da 200 mm in GaAs può arrivare a costare circa 5.000 dollari, contro i 5 dollari di un wafer in silicio.

Maxwell Labs prevede di avere un dimostratore funzionante entro l'autunno del 2025. Intanto, l'azienda ha già trovato i primi potenziali utilizzatori per il suo sistema MXL-Gen1, con l'obiettivo di iniziare le prime consegne nei prossimi due anni. Se tutto andrà secondo i piani, la disponibilità più ampia è attesa entro la fine del 2027.