Les dispositifs thermoélectriques pourraient résoudre les problèmes de surchauffe des transistors qui rétrécissent, selon les chercheurs

L'industrie électronique est confrontée à un nouveau défi. Alors que les transistors des puces informatiques rétrécissent, la chaleur qu’ils produisent ne fait qu’augmenter. La surchauffe peut entraîner une diminution des performances du circuit, une augmentation de la puissance de fuite, voire la panne totale des transistors.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Pittsburgh et de l'Université Carnegie Mellon proposent des dispositifs thermoélectriques localement intégrés (TED) capables d'effectuer un refroidissement actif à l'intérieur des circuits. La recherche est publiée dans la revue Communications naturelles.

“Des circuits tels que des générateurs d'horloge et des unités arithmétiques et logiques (ALU) créent des flux de chaleur à haute fréquence, leurs points chauds maximaux se produisant sur le microprofesseur”, a expliqué Feng Xiong, professeur agrégé de génie électrique et informatique à la Swanson School of Engineering de Pitt. “Les systèmes de refroidissement de la taille d'une puce sont surconçus et une stratégie plus ciblée est nécessaire pour dissiper la chaleur dans ces points chauds.”

TED trouve le point chaud

La seule façon de refroidir un objet est d’en retirer la chaleur (ou l’énergie). Ces circuits génèrent de la chaleur à une fréquence très élevée. Avec TED, cette variation de température à haute fréquence peut être totalement éliminée.

Les TED éliminent la chaleur des points chauds à l'intérieur des circuits vers les régions plus froides de l'appareil en utilisant des effets thermoélectriques à la même fréquence. Les chercheurs ont prouvé leur théorie en utilisant des données expérimentales provenant de mesures de réflectance thermique dans le domaine fréquentiel (FDTR) effectuées directement sur un dispositif thermoélectrique refroidi activement où la pompe laser reproduit le point chaud transitoire. L’équipe a utilisé des matériaux à haute conductivité thermique, qui améliorent théoriquement l’efficacité du refroidissement d’un facteur 100 par rapport aux matériaux thermoélectriques conventionnels.

“Nous avons démontré une méthode pratique pour annuler activement les variations transitoires de température sur les éléments du circuit avec des TED”, a déclaré Feng. “Ce résultat ouvre une nouvelle voie pour optimiser la conception de systèmes de refroidissement pour les points chauds transitoires localisés dans les circuits intégrés.”