Исследователи из Калифорнийского университета разработали первый в мире полевой транзистор, который управляет не электрическим током, а передачей тепла. Скорость переключения уникального прибора достигает 1 МГц. Он может быстро, дозировано и даже с увеличением мощности передавать тепло по цепи, что открывает целый спектр новых приложений для терморегуляции в электронике и не только.

Источник изображения: H-Lab/UCLA

Обычному полевому транзистору в этом году исполнится 76 лет (это произойдёт 16 декабря). Эти приборы управляют проводимостью полупроводникового канала с помощью электромагнитного поля, дозируя прохождение потока электронов от истока к стоку. Термотранзистор работает по тому же принципу, но только с помощью электромагнитного поля он регулирует теплопроводность канала.

По словам учёных, прототип показал способность быстро и точно переключать теплопроводность канала, управляя тепловым сопротивлением на границе раздела нескольких материалов в канале. Прибор показал способность менять тепловое сопротивление до 1300 %. Иначе говоря, он может не только включать и выключать тепловой поток от источника, но также значительно его усиливать.

Предложенные термотранзисторы полностью твердотельные, что позволит выпускать их в одном технологическом процессе с обычными микросхемами. В составе чипов они будут с предельной точностью и скоростью регулировать тепловой отвод от нужных участков кристалла, тогда как обычные средства отвода тепла обладают большой инерцией и плохо поддаются регулировке.

Наконец, те фундаментальные основы физики, которые помогли разработать термотранзистор, послужат толчком к пониманию механизмов переноса тепла живыми клетками и, в итоге, дадут возможность учёным разобраться с терморегуляцией тела человека, процессы которой науке до конца ещё не ясны.

Производители процессоров обычно стараются обеспечить надёжное функционирование своих изделий в одобренном для этого диапазоне температур и частот, но желающие повысить их энтузиасты постоянно ищут способы повышения эффективности охлаждения. В одном из экспериментов процессор Intel Core i9-14900K недавно был подвергнут замене штатного термоинтерфейса под крышкой, продемонстрировав снижение температуры под нагрузкой на 12 градусов.

Источник изображений: Der8auer, YouTube

По традиции, соответствующий опыт провёл немецкий энтузиаст Роман Хартунг (Roman Hartung), также известный под псевдонимом Der8auer. Как всегда, логика действий была проста: улучшение свойств термоинтерфейса в цепочке теплопередачи призвано ускорить теплоотвод и обеспечить более комфортный режим работы процессора при повышенных нагрузках типа разгона. Впрочем, желающим повторить этот опыт важно понимать, что необходимое для этого снятие крышки с процессора сопряжено с высокой вероятностью его безвозвратного повреждения.

Крышку Der8auer с новейшего процессора Intel Core i9-14900K представленного недавно семейства Raptor Lake Refresh снимал при помощи прототипа специального приспособления, поскольку без наличия подобной оснастки велик риск повредить процессор. Под крышкой производитель традиционно для последних поколений процессоров Intel использует так называемый припой — термоинтерфейс, довольно прочно удерживающий крышку на кристалле. Как отметил Der8auer после проведения соответствующих замеров, зазор между кристаллом процессора и внутренней поверхностью крышки у процессоров данной серии не превышает 0,3 мм, что облегчает нанесение альтернативного термоинтерфейса типа «жидкий металл», поскольку не требуется искусственным образом уменьшать этот зазор, снимая слой металла с монтажной поверхности крышки теплораспределителя, например.

Первоначальный этап тестирования процессора Core i9-14900K с альтернативным термоинтерфейсом под крышкой проводился немецким энтузиастом со штатным креплением LGA1700, без использования прижимной рамки, из-за чего нельзя было обеспечить оптимальную силу прижатия основания системы охлаждения к крышке процессора и наилучший контакт между ними. Но даже в этих условиях производительные ядра процессора продемонстрировали снижение температуры под нагрузкой на 10 градусов Цельсия. Экономичные ядра при этом снизили свою температуру на 8 градусов Цельсия. В качестве термоинтерфейса использовался состав Condaconaut Extreme марки Thermal Grizzly.

Установка прижимной рамки позволила снизить среднюю температуру под нагрузкой ещё почти на два градуса Цельсия. Чип Core i9-14900K работал на частоте 5,6 ГГц при напряжении 1,39 В. Очевидно, что в штатных режимах нагрузки подобный выигрыш в температурном режиме (12 градусов) для большинства пользователей не будет оправдывать рисков, связанных со снятием крышки с процессора, поскольку подобные манипуляции заведомо лишают его гарантийной поддержки. Тем не менее, в рамках эксперимента подобные данные полезно изучить ради понимания термодинамических процессов, протекающих в современных компьютерных системах. Штатный термоинтерфейс Intel в данном случае продемонстрировал средние показатели эффективности, как и следовало ожидать.